L’industria automobilistica subisce una rivoluzione produttiva circa ogni quarant’anni e Tesla è alla guida dell’attuale nuova rivoluzione. Dalla produzione in catena di montaggio della Ford alla produzione snella della Toyota fino alla produzione modulare basata su piattaforma della Volkswagen, il leader di ogni rivoluzione nella produzione automobilistica avrà un chiaro vantaggio nella successiva competizione di mercato. Con due importanti innovazioni tecnologiche, 4680CTC e pressofusione integrata, Tesla sta guidando un nuovo ciclo di rivoluzione produttiva nel settore automobilistico.
- 4680CTC: Il pacco batteria è integrato nella carrozzeria del veicolo e collegato direttamente al sedile. L'elevato livello di integrazione riduce il peso del veicolo del 10%, aumenta l'autonomia del 14%, riduce il numero di parti di 370, riduce il costo unitario del 7% e riduce l'investimento unitario dell'8%. Attualmente, 4680CTC è stato prodotto in serie nello stabilimento di Austin, in Texas.
- Pressofusione integrata: dopo che il pianale posteriore pressofuso integrato della Model Y ha ridotto il numero di parti da 70 a 1 a 2, l'applicazione della tecnologia ha continuato ad espandersi. L'attuale soluzione adottata nello stabilimento di Austin, in Texas, può ridurre il numero di parti del pianale anteriore e posteriore da 171 a 2 e ridurre il numero di punti di saldatura di oltre 1.600.
Nuove forze e OEM tradizionali danno seguito alla pressofusione integrata:
Nuove forze:
- NIO collabora con Wencan Co., Ltd. per adottare un sottotelaio posteriore pressofuso integrato per l'ET5;
- Xpeng Motors collabora con Guangdong Hongtu per implementare le parti strutturali integrate del telaio 6800T;
- Gaohe Automobile collabora con Tuopu Group per realizzare la cabina posteriore integrata di grandissime dimensioni con carrozzeria pressofusa, riducendo il peso del 15~20%.
OEM tradizionale:
- Mercedes-Benz lancia gli ultimi risultati della ricerca scientifica nel mondo: VISION EQXX. La rigidità della parte posteriore del corpo è notevolmente migliorata e si prevede una riduzione del peso del 15-20%;
- Volvo investirà 10 miliardi di corone svedesi nella sua fabbrica svedese per introdurre nuove tecnologie e processi produttivi, inclusa la pressofusione integrata.
Il telaio dello skateboard è diventato un'importante forza trainante per lo sviluppo a medio e lungo termine del CTC e della pressofusione integrata. Il telaio dello skateboard è una delle tecnologie rivoluzionarie più importanti nell'attuale industria automobilistica. Le tecnologie coinvolte includono una carrozzeria non portante, un telaio controllato da cavi, un sistema di azionamento elettrico integrato e moduli intelligenti altamente integrati. Inoltre, il miglioramento della densità energetica massa/volume delle batterie di alimentazione in uno spazio limitato è altamente coerente con la soluzione di integrazione del sistema di batterie CTC; dopo un'elevata integrazione, la struttura del telaio diventa più complessa e la pressofusione integrata può soddisfare meglio le esigenze di miglioramento della tecnologia del telaio.
Il peso elevato dei veicoli a nuova energia e l’aumento dell’autonomia di crociera hanno costretto lo sviluppo di veicoli leggeri. Rispetto ai veicoli a carburante della stessa classe, il peso dei modelli puramente elettrici è di circa il +19~32% e quello dei modelli ibridi plug-in è di circa il +12~18%. Per migliorare l’efficienza energetica ed estendere l’autonomia di crociera, lo sviluppo di veicoli leggeri a nuova energia è diventato inevitabile.
La lega di alluminio è la più economica e la pressofusione ad alta pressione è più efficiente. La sostituzione dell'acciaio con l'alluminio può ridurre il peso del body-in-white di circa 1/3, ma l'alluminio ha un'elevata conduttività termica, che può facilmente causare problemi come prestazioni di saldatura ridotte e contaminazione degli elettrodi da parte dello strato di ossido sul superficie della lega; un elevato coefficiente di dilatazione termica può facilmente portare a grandi deformazioni delle parti. La pressofusione ad alta pressione ha un'elevata efficienza e uno spessore ridotto delle pareti delle parti lavorate. È una tecnologia di lavorazione efficiente adatta per le leghe di alluminio. La pressofusione integrata si basa sulla pressofusione ad alta pressione. Le parti prodotte non necessitano di ulteriori collegamenti interni e il processo è notevolmente ridotto. Inoltre, il tasso di utilizzo del materiale dei rottami di pressofusione arriva fino al 90%, un valore molto superiore al 60%-70% delle carrozzerie in acciaio stampate e saldate.
L'applicazione della pressofusione integrata nelle automobili può essere ulteriormente ampliata. Riteniamo che regolando la resistenza e la velocità di allungamento, il processo di pressofusione verrà applicato a più parti strutturali e di copertura. In futuro, utilizzando il processo di pressofusione potranno essere prodotte più parti diverse dalla carrozzeria, come i motori e gli involucri del pacco batteria.
Le barriere tecniche alla pressofusione integrata si riflettono principalmente in quattro aspetti:
- Macchina per pressofusione di grandi dimensioni: il sistema è complesso e richiede elevati requisiti di teoria, esperienza e tecnologia di produzione; il ciclo “progetto-test-progetto” è lungo e il costo in termini di tempo è elevato; il costo è alto e il costo del rischio è alto.
- Formula del materiale: la lega fusa deve avere buone proprietà reologiche, un ritiro lineare ridotto e un intervallo di temperature di solidificazione ridotto. La chiave è evitare il trattamento termico.
- Stampo per pressofusione: la pressofusione presenta requisiti più elevati in termini di temperatura, vuoto, schema di stampaggio, parametri di processo, post-elaborazione, ecc. E lo stampo è più complesso.
- Metodo di processo: le caratteristiche di riempimento dello stampo ad alta velocità possono facilmente portare al fallimento della fusione, che richiede requisiti elevati per tutti gli elementi del processo.
Integrated die-casting can significantly improve production efficiency and reduce manufacturing costs. Take the following car body assembly as an example. Compared with traditional stamping & welding processes, integrated die-casting can significantly reduce the amount of stamping and welding used. The processing steps are reduced from 9 to 2; supporting labor is also reduced accordingly. With an annual production capacity of 450,000 vehicles Calculated in a factory, the number of workers will be reduced from 120 to 30; the number of parts will be reduced from >Da 370 a 2~3, il numero di punti di collegamento verrà ridotto e il costo verrà ridotto; l'orario di lavoro sarà ridotto da 2 a 180 e saranno installate 5 macchine per pressofusione. In grado di soddisfare la capacità di produzione annuale di 600,000 pezzi.
Si prevede che la dimensione del mercato delle carrozzerie pressofuse integrate supererà i 20 miliardi di yuan nel 2025. Calcolato sulla base di una linea di produzione del pianale posteriore della carrozzeria di un'auto con una capacità produttiva annua di 500,000 pezzi, i costi dello stampaggio tradizionale il processo di saldatura e il processo di pressofusione integrato ammontano rispettivamente a 630 milioni di yuan e 480 milioni di yuan. La bicicletta integrata nel pavimento posteriore pressofuso può far risparmiare sui costi di 300 yuan. Stimiamo che la dimensione del mercato dei corpi integrati di pressofusione dovrebbe raggiungere i 21,5 miliardi di yuan nel 2025, con un CAGR del 132% dal 2021 al 2025.
Tesla guida un nuovo ciclo di rivoluzione produttiva: 4680 CTC + pressofusione integrata
Nella storia secolare dell’industria automobilistica, ogni quarant’anni circa avviene una rivoluzione manifatturiera. Dalla produzione a catena di montaggio della Ford negli anni ’10, alla produzione snella “multivarietà, in piccoli lotti” di Toyota negli anni ’50, alla produzione modulare e basata su piattaforma di Volkswagen negli anni ’80, i leader di ogni rivoluzione della produzione automobilistica saranno nel futuro. Occupare un chiaro vantaggio nella concorrenza di mercato.
Rivoluzione produttiva Tesla: pressofusione integrata 4680CTC+. La soluzione 4680CTC (CTV) di Tesla integra il pacco batteria nella carrozzeria dell'auto e lo collega direttamente ai sedili, riducendo significativamente il numero di parti e migliorando l'efficienza della produzione di assemblaggio. I pianali anteriori e posteriori pressofusi integrati della carrozzeria della Model Y sovvertono il tradizionale processo di stampaggio e saldatura. Rispetto al tradizionale processo di stampaggio e saldatura, ci sono 169 parti in meno e il costo è notevolmente ridotto. Secondo le informazioni rilasciate da Tesla in occasione del Battery Day, basandosi su due tecnologie rivoluzionarie, il veicolo può ridurre il peso del 10%, aumentare l'autonomia del 14% e ridurre il numero di componenti di 370.
4680 CTC: la tecnologia delle batterie Tesla è sempre stata il punto di riferimento per l'innovazione del settore
Tesla guida la tendenza dell'innovazione delle batterie elettriche. Quando è stato consegnato il Modello S / Attualmente il Modello Y dotato della soluzione CTC da 4680 celle. Negli ultimi dieci anni, Tesla ha continuato a guidare lo sviluppo del settore sia delle celle che dei pacchi batteria.
4680 CTC: sii il primo ad annunciare piani specifici e guidare la direzione tecnica del settore
Tesla ha divulgato un brevetto chiamato INTEGRATED ENERGY STORAGE SYSTEM nel giugno 2021, che descrive in dettaglio la tecnologia di integrazione del sistema batteria 4680 Structural Battery (CTC). Secondo il contenuto divulgato pubblicamente nel brevetto, possiamo avere una comprensione direzionale generale del Tesla CTC: il coperchio superiore del pacco batteria è direttamente collegato alla struttura del veicolo come il sedile, diventando la struttura del pavimento della cabina passeggeri; le celle sono riempite con materiali in resina, Tesla ritiene che ciò possa fornire protezione termica da un lato e supporto strutturale per il nucleo della batteria dall'altro; rispetto alla soluzione "modulo grande", la soluzione CTC presenta i vantaggi di ridurre le parti di supporto, ridurre il peso del veicolo, aumentare la capacità complessiva della batteria.
4680 CTC: Lancio ufficiale della Model Y, la fabbrica del Texas inizia la consegna nel primo trimestre
La soluzione CTC di Tesla può aumentare l'autonomia del veicolo del 14%, ridurre i costi unitari del 7% e ridurre l'investimento unitario dell'8%.
Nel rapporto finanziario del quarto trimestre del 2021 di Tesla, si può vedere che i lavoratori della Texas Gigafactory hanno collegato direttamente i sedili della Model Y al pacco batteria 4680 CTC. L'implementazione di CTC migliorerà significativamente l'efficienza produttiva dell'assemblaggio finale.
Pressofusione integrata: a partire da Y, continuando a promuovere lo sviluppo di carrozzerie leggere
Pressofusione integrata: layout dedicato e continui progressi nella ricerca e sviluppo
Tesla ha installato una macchina per pressofusione su larga scala GigaPress da 6,000-tonnellate in tutti e quattro i suoi principali stabilimenti automobilistici. Attualmente, lo stabilimento di Shanghai ha attrezzato cinque grandi macchine per pressofusione per la produzione dei pianali posteriori della Model Y. La fabbrica del Texas ha appena iniziato la produzione di massa a marzo. Sulla base del pianale posteriore della Model Y, è stata aggiunta la pressofusione integrata del pianale anteriore (trave longitudinale anteriore).
Il brevetto sulla lega di alluminio pressofuso integrato nel layout, intitolato "Lega di alluminio pressofuso per componenti strutturali", descrive una lega di alluminio che è allo stesso tempo resistente e ha un'eccellente duttilità che non richiede ulteriori lavorazioni e può ridurre significativamente i costi di produzione. .
Il sistema di assorbimento dell'energia Tesla sarà integrato con il sistema di supporto. Il 5 luglio 2021, Tesla ha richiesto un brevetto per "getti integrati che assorbono energia". Questo sistema di assorbimento dell'energia è ampiamente utilizzato nelle strutture di collisione automobilistica. Il sistema di assorbimento dell'energia può essere integrato con parte o tutta la struttura di supporto attraverso un unico processo di fusione, riducendo così la necessità di processi quali saldatura a punti, saldatura continua, rivettatura, bullonatura, incollaggio, ecc.
Pressofusione integrata: i componenti vengono estesi al piano anteriore e il numero complessivo di giunti di saldatura viene ridotto di 1,600+
La pressofusione integrata di Tesla si estende fino al pavimento anteriore. Secondo l'annuncio di Tesla, nel 2020 Tesla ha annunciato la planimetria posteriore integrata in pressofusione della Model Y, che può ridurre il numero di parti da 70 a 1~2; il rapporto finanziario del primo trimestre del 2022 ha annunciato la pressofusione integrata prodotta nello stabilimento di Austin, in Texas. Il piano della carrozzeria può ridurre il numero di parti del pavimento anteriore e posteriore da 171 a 2 e ridurre il numero di punti di saldatura di oltre 1.600.
Pressofusione integrata: produzione di massa nello stabilimento del Texas per accelerare l’applicazione della tecnologia
La macchina per pressofusione Giga Press utilizzata da Tesla è prodotta da Lijin Technology e il suo spazio può essere risparmiato del 35% rispetto alle apparecchiature di produzione che utilizzano processi tradizionali di stampaggio e saldatura. Secondo le informazioni del rapporto finanziario di Tesla, la Gigafactory di Shanghai dispone di cinque apparecchiature di pressofusione su larga scala per la produzione e anche la pressofusione integrata del pavimento anteriore della carrozzeria del Modello Y (trave longitudinale anteriore) presso la Gigafactory di Austin in Texas sarà di massa -prodotto.
Le nuove forze produttrici di automobili assumono un ruolo guida nel dare seguito alla pressofusione integrata
NIO e Wencan hanno collaborato al pavimento posteriore integrato della carrozzeria pressofusa dell'ET5. NIO ET5 utilizza un pianale posteriore pressofuso integrato. Il processo di fusione integrato riduce il peso del pavimento posteriore della carrozzeria del 30%, aumentando allo stesso tempo lo spazio del bagagliaio di 11 litri. Nel novembre 2021, l'isola di pressofusione ultra-grande 6000T di Wencan ha testato con successo lo stampo e il prodotto integrato del pavimento posteriore dell'automobile pressofusa è stato lanciato con successo fuori dalla linea di produzione.
Xpeng Motors collabora con Guangdong Hongtu per sviluppare la pressofusione integrata. 1. Allo stato attuale, Guangdong Hongtu è entrato nel sistema di supporto di Xpeng Motors ed entrambe le parti stanno sviluppando contemporaneamente parti integrate di pressofusione. Nel gennaio 2022, le parti strutturali integrate del telaio Guangdong Hongtu 6800T sono ufficialmente uscite dalla linea di produzione. 2. La base di Wuhan costruirà un laboratorio integrato di pressofusione. Il progetto sarà lanciato ufficialmente a luglio 2021, coprendo un'area di circa 1.500 acri, con una capacità di produzione prevista di 100.000{11}} veicoli. Verranno introdotte più di una serie di isole di pressofusione ultra-grandi e linee di produzione automatizzate.
Nel febbraio 2022, è stato lanciato il compartimento posteriore integrato super grande della carrozzeria pressofusa di Gaohe Automobile e Tuopu. Le parti strutturali ultra-grandi prodotte dalla macchina per pressofusione 7200T misurano rispettivamente quasi 1.700 mm di lunghezza e 1.500 mm di larghezza, ottenendo una riduzione del peso del 15~20% e accorciando l'intero ciclo di sviluppo di 1/3. In termini di materiali, il materiale in lega di alluminio ad alta resistenza, tenace e privo di calore del partner TechCast può evitare problemi come la deformazione dimensionale e i difetti superficiali delle parti causati dal trattamento termico. La sua fluidità è superiore di oltre il 15% rispetto a quella dei materiali dello stesso livello e la sua plasticità è superiore di oltre il 30%, garantendo che la collisione del veicolo e altre prestazioni abbiano raggiunto una dimensione superiore.
Gli OEM tradizionali internazionali seguono la pressofusione integrata
Mercedes-Benz pubblica i risultati integrati della pressofusione, migliorando significativamente le prestazioni. Mercedes-Benz ha lanciato il suo ultimo risultato di ricerca scientifica - VISION EQXX - nel mondo. L'innovazione più grande è l'applicazione di componenti strutturali di ingegneria bionica alla parte posteriore della carrozzeria e alla parte superiore della torre anteriore. L'intera parte posteriore della carrozzeria è formata da una fusione indipendente e completa di lega di alluminio. Rispetto ai processi tradizionali, la rigidità della parte posteriore del corpo è notevolmente migliorata e si prevede una riduzione del peso del 15-20%.
Volvo introdurrà la pressofusione integrata. Volvo investirà 10 miliardi di corone svedesi nella sua fabbrica svedese, dove introdurrà alcune tecnologie e processi produttivi nuovi e più sostenibili, compreso un processo di pressofusione integrato.
Il telaio dello skateboard è diventato un'importante forza trainante per lo sviluppo a medio e lungo termine del CTC e della pressofusione integrata
Il telaio dello skateboard è una delle tecnologie rivoluzionarie più importanti nell'attuale industria automobilistica. La sua caratteristica più importante è il disaccoppiamento tra la parte superiore e quella inferiore della carrozzeria, riducendo così notevolmente il ciclo di sviluppo del veicolo. Pertanto, lo skateboard deve essere dotato di una struttura della scocca non portante e di un telaio telecomandato; per facilitare il carico, il telaio non può occupare troppo spazio verticale e si sono resi necessari sistemi di azionamento elettrico integrati come il "tre in uno"; i moduli intelligenti altamente integrati devono essere centralizzati Si basa sull'EEA e realizza il disaccoppiamento di software e hardware; migliora la densità energetica massa/volume delle batterie di potenza in uno spazio limitato, il che è altamente coerente con la soluzione di integrazione del sistema batteria CTC; dopo un'elevata integrazione, la struttura del telaio è più complessa e la pressofusione integrata può essere maggiore. Soddisfa meglio le esigenze di miglioramento della tecnologia del telaio.
Negli ultimi anni, molti produttori nazionali ed esteri hanno lanciato successivamente telai per skateboard auto-sviluppati e la tecnologia sta gradualmente diventando matura.
La maggiore durata della batteria dei veicoli a nuova energia impone lo sviluppo di carrozzerie leggere
Le vendite di veicoli passeggeri a nuova energia continuano a crescere a un ritmo elevato e si prevede che supereranno i 5,4 milioni di unità nel 2022. Dal 2018 al 2021, il volume delle vendite di veicoli passeggeri a nuova energia è stato: 1,05, 1,06, 1,20 e 3,32 milioni di unità rispettivamente; il tasso di penetrazione dei veicoli passeggeri a nuova energia nel 2021 è del 15,5%. Nel marzo 2022, il tasso di penetrazione dei veicoli passeggeri a nuova energia ha raggiunto il 24,7%, raggiungendo un nuovo massimo. Riteniamo che le vendite di veicoli passeggeri a nuova energia supereranno i 5,4 milioni di unità nel 2022.
Il peso dei tre sistemi elettrici dei veicoli a nuova energia aumenta in modo significativo. Rispetto ai veicoli a carburante, i veicoli a nuova energia hanno meno motori e sistemi di trasmissione, ma poiché la densità di energia della batteria (circa 0.1-0.3KWH/KG) è inferiore a quella del carburante (superiore a 12KWH/KG ), il peso del sistema trielettrico aumenta notevolmente. Abbiamo selezionato diverse versioni di potenza di diversi modelli di diverse marche per confrontare e calcolare il peso a vuoto. Rispetto alla versione a carburante, il peso della versione elettrica pura è aumentato di circa il 19% al 32%, mentre il peso della versione ibrida plug-in è aumentato di circa il 12% al 18%.
La richiesta di una migliore autonomia di crociera ha costretto allo sviluppo di veicoli leggeri. Rispetto ai veicoli a carburante tradizionale, i veicoli a nuova energia sono più pesanti, il che influisce seriamente sulla loro autonomia.
L’alleggerimento delle automobili può migliorare significativamente le prestazioni dei veicoli alimentati da nuova energia, soprattutto in termini di protezione ambientale, utilità, potenza, sicurezza e frenata.
La lega di alluminio è attualmente il materiale leggero più conveniente per le carrozzerie delle automobili
L'alleggerimento delle automobili si ottiene principalmente attraverso l'uso di materiali leggeri. I modi principali per ridurre il peso del veicolo includono la progettazione di ottimizzazione strutturale, l'applicazione di materiali leggeri e la tecnologia di lavorazione e produzione leggera. Tra questi, le attuali principali misure di alleggerimento automobilistico riguardano principalmente l’uso di materiali leggeri.
Tra i vari materiali leggeri, la lega di alluminio ha le prestazioni in termini di costi più elevati. Rispetto a varie leghe metalliche e materiali compositi, la lega di alluminio presenta evidenti vantaggi globali in termini di prestazioni, densità e prezzo ed è il materiale leggero più conveniente.
La tecnologia di connessione, le prestazioni dei componenti strutturali e le dimensioni limitano l'applicazione dei materiali in lega di alluminio nelle automobili
Il processo di produzione del corpo in lega di alluminio è molto più complesso di quello del corpo in acciaio. Se si utilizza la lega di alluminio invece dell'acciaio, il peso della carrozzeria può essere solitamente ridotto di circa 1/3. Prendiamo ad esempio l'Audi A8. Grazie alla carrozzeria interamente in alluminio, il peso della carrozzeria bianca è di soli 215 kg. Tuttavia, l’elevata conduttività termica dell’alluminio metallico può facilmente causare problemi quali prestazioni di saldatura ridotte e contaminazione degli elettrodi da parte dello strato di ossido sulla superficie della lega. Inoltre, l'elevato coefficiente di dilatazione termica dell'alluminio può facilmente portare a grandi deformazioni delle parti. Prendendo sempre come esempio l'Audi A8, la produzione della carrozzeria richiede 14 tipi di processi di connessione tra cui saldatura MIG, saldatura laser remota, ecc. La complessità del processo è molto superiore a quella della carrozzeria in acciaio bianco, che è principalmente saldatura a resistenza .
Le parti strutturali della carrozzeria dell'auto hanno requisiti prestazionali elevati e la permeabilità dei materiali in lega di alluminio è limitata. Solitamente, le parti strutturali della carrozzeria sono di grandi dimensioni, di struttura complessa e lo spessore delle pareti è solitamente di soli 2-3 mm. Devono avere un allungamento elevato e un'elevata resistenza per soddisfare i requisiti delle prestazioni di sicurezza (crash test) e i requisiti di connessione delle parti. Con i progressi nelle tecnologie chiave quali processi/materiali/attrezzature, si prevede che il tasso di penetrazione delle parti strutturali della carrozzeria in lega di alluminio continuerà ad aumentare.
La tecnologia della pressofusione continua a progredire e a innovarsi
Il processo di pressofusione ebbe origine nel 1885 e fu utilizzato per la prima volta nell'industria automobilistica nel 1904 sotto forma di cuscinetti di biella pressofusi. Le macchine per pressofusione hanno sperimentato innovazioni tecnologiche come la pressofusione pneumatica, la pressofusione a camera fredda e la pressofusione a doppio punzone. Attualmente, le apparecchiature di pressofusione si sono sviluppate in un'isola di pressofusione con la macchina/stampo di pressofusione come nucleo e assistite da altre apparecchiature periferiche.
La pressofusione ad alta pressione è una tecnologia di lavorazione efficiente adatta per materiali in lega di alluminio
La pressofusione ad alta pressione è una tecnologia di lavorazione efficiente adatta per materiali in lega di alluminio. La colata a pressione si divide principalmente in colata ad alta pressione, colata a bassa pressione, colata a pressione differenziale, ecc. Tra queste, la colata a bassa pressione e la colata a pressione differenziale sono utilizzate principalmente nelle aree del motore e del telaio, mentre la colata ad alta pressione è sempre più utilizzata utilizzato nelle carrozzerie delle automobili grazie alla sua elevata efficienza e al ridotto spessore delle pareti delle parti lavorate, ed è una direzione importante per il futuro.
La pressofusione è divisa in pressofusione a camera fredda e pressofusione a camera calda: la pressofusione a camera fredda viene utilizzata principalmente nella produzione di parti di grandi dimensioni, come parti automobilistiche, componenti di raffreddamento di stazioni base di comunicazione, ecc.; la pressofusione a camera calda è ampiamente utilizzata nella produzione di piccoli prodotti elettronici o 3C, come connettori USB, custodie per laptop, ecc.