A indústria automobilística passa por uma revolução industrial aproximadamente a cada quarenta anos, e a Tesla está liderando a nova revolução atual. Da produção em linha de montagem da Ford à produção enxuta da Toyota e à produção modular baseada em plataforma da Volkswagen, o líder de cada revolução na produção de automóveis terá uma clara vantagem na competição de mercado subsequente. Com duas importantes inovações tecnológicas, 4680CTC, e fundição sob pressão integrada, a Tesla está liderando uma nova rodada de revolução de fabricação na indústria automotiva.
- 4680CTC: A bateria está integrada na carroceria do veículo e conectada diretamente ao assento. O alto nível de integração reduz o peso do veículo em 10%, aumenta a autonomia de cruzeiro em 14%, reduz o número de peças em 370, reduz o custo unitário em 7% e reduz o investimento unitário em 8%. Atualmente, o 4680CTC foi produzido em massa na fábrica de Austin, Texas.
- Fundição sob pressão integrada: Depois que o piso traseiro fundido sob pressão integrado do Modelo Y reduziu o número de peças de 70 para 1 para 2, a aplicação da tecnologia continuou a se expandir. A solução atual na fábrica de Austin, Texas, pode reduzir o número de peças dianteiras e traseiras do piso de 171 para 2 e reduzir o número de pontos de soldagem em mais de 1.600.
Novas forças e OEMs tradicionais acompanham a fundição sob pressão integrada:
Novas forças:
- A NIO se une à Wencan Co., Ltd. para adotar um chassi auxiliar traseiro fundido integrado para o ET5;
- A Xpeng Motors se une à Guangdong Hongtu para lançar as peças estruturais integradas do chassi 6800T;
- A Gaohe Automobile se une ao Grupo Tuopu para lançar a cabine traseira integrada de carroceria fundida supergrande, reduzindo o peso em 15 a 20%.
OEM tradicional:
- Mercedes-Benz lança os mais recentes resultados de pesquisas científicas do mundo - VISION EQXX. A rigidez da parte traseira da carroceria foi bastante melhorada e espera-se uma redução de peso em 15-20%;
- A Volvo investirá 10 mil milhões de coroas suecas na sua fábrica sueca para introduzir novas tecnologias e processos de fabrico, incluindo fundição sob pressão integrada.
O chassi do skate tornou-se uma importante força motriz para o desenvolvimento de médio e longo prazo do CTC e da fundição sob pressão integrada. O chassi do skate é uma das tecnologias revolucionárias mais importantes da indústria automotiva atual. As tecnologias envolvidas incluem carroceria sem carga, chassi controlado por fio, sistema de acionamento elétrico integrado e módulos inteligentes altamente integrados. Além disso, melhorar a densidade de energia em massa/volume das baterias de energia em um espaço limitado é altamente consistente com a solução de integração do sistema de baterias CTC; após alta integração, a estrutura do chassi torna-se mais complexa e a fundição sob pressão integrada pode atender melhor às necessidades de melhoria da tecnologia do chassi.
O grande peso dos veículos de novas energias e o aumento da autonomia de cruzeiro forçaram o desenvolvimento de veículos leves. Em comparação com veículos movidos a combustível da mesma classe, o peso dos modelos elétricos puros é de aproximadamente +19~32%, e o dos modelos híbridos plug-in é de aproximadamente +12~18%. A fim de melhorar a eficiência energética e ampliar o alcance de cruzeiro, o desenvolvimento leve de novos veículos energéticos tornou-se inevitável.
A liga de alumínio é a mais econômica e a fundição sob pressão de alta pressão é mais eficiente. A substituição do aço pelo alumínio pode reduzir o peso do corpo branco em cerca de 1/3, mas o metal alumínio possui alta condutividade térmica, o que pode facilmente causar problemas como redução do desempenho da solda e contaminação dos eletrodos pela camada de óxido no superfície de liga; alto coeficiente de expansão térmica pode facilmente levar a grande deformação das peças. A fundição sob pressão de alta pressão tem alta eficiência e pequena espessura de parede das peças processadas. É uma tecnologia de processamento eficiente adequada para ligas de alumínio. A fundição sob pressão integrada é baseada na fundição sob pressão de alta pressão. As peças produzidas não necessitam de conexões internas adicionais e o processo é bastante reduzido. Além disso, a taxa de utilização de material de sucata de fundição sob pressão chega a 90%, o que é muito superior aos 60%-70% de corpos de aço para estampagem e soldagem.
A aplicação da fundição sob pressão integrada em automóveis pode ser expandida ainda mais. Acreditamos que ajustando a resistência e a taxa de estiramento, o processo de fundição sob pressão será aplicado a peças mais estruturais e de cobertura. Mais peças além da carroceria, como motores e carcaças de baterias, poderão ser fabricadas usando o processo de fundição sob pressão no futuro.
As barreiras técnicas à fundição sob pressão integrada refletem-se principalmente em quatro aspectos:
- Grande máquina de fundição sob pressão: O sistema é complexo e possui altos requisitos de teoria, experiência e tecnologia de fabricação; o ciclo “projeto-teste-projeto” é longo e o custo de tempo é alto; o custo é alto e o custo do risco é alto.
- Fórmula do material: O fundido da liga precisa ter boas propriedades reológicas, pequeno encolhimento linear e uma pequena faixa de temperatura de solidificação. A chave é evitar o tratamento térmico.
- Molde de fundição sob pressão: A fundição sob pressão tem requisitos mais elevados em termos de temperatura, vácuo, esquema de moldagem, parâmetros de processo, pós-processamento, etc., e o molde é mais complexo.
- Método de processo: As características de enchimento do molde em alta velocidade podem facilmente levar à falha da fundição, o que requer altos requisitos em todos os elementos do 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 >370 para 2~3, o número de pontos de link será reduzido e o custo será reduzido; as horas de trabalho serão reduzidas de 2 horas para 180, e 5 máquinas de fundição sob pressão serão. Pode atender à capacidade de produção anual de 600,{8}} peças.
Espera-se que o tamanho do mercado de carrocerias de fundição sob pressão integradas exceda 20 bilhões de yuans em 2025. Calculado com base em uma linha de produção de carrocerias de piso traseiro com capacidade de produção anual de 500,000 peças, os custos da estampagem tradicional e o processo de soldagem e o processo integrado de fundição são 630 milhões de yuans e 480 milhões de yuans, respectivamente. A bicicleta fundida integrada com piso traseiro pode economizar custos em 300 yuans. Estimamos que o tamanho do mercado integrado de carrocerias de fundição sob pressão deverá atingir 21,5 bilhões de yuans em 2025, com um CAGR de 132% de 2021 a 2025.
Tesla lidera uma nova rodada de revolução na fabricação: 4680 CTC + fundição sob pressão integrada
Na história centenária da indústria automobilística, uma revolução na produção ocorre a cada quarenta anos ou mais. Da produção em linha de montagem da Ford na década de 1910, à produção enxuta de “multivariedades e pequenos lotes” da Toyota na década de 1950, à produção modular e baseada em plataforma da Volkswagen na década de 1980, os líderes de cada revolução na produção de automóveis estarão no futuro. Ocupar uma vantagem clara na competição de mercado.
Revolução na fabricação da Tesla: fundição sob pressão integrada 4680CTC +. A solução 4680CTC (CTV) da Tesla integra a bateria na carroceria do carro e a conecta diretamente aos assentos, reduzindo significativamente o número de peças e melhorando a eficiência da produção de montagem. Os pisos dianteiro e traseiro fundidos integrados da carroceria do Modelo Y subvertem o processo tradicional de estampagem e soldagem. Em comparação com o processo tradicional de estampagem e soldagem, existem 169 peças a menos e o custo é significativamente reduzido. De acordo com informações divulgadas pela Tesla no Battery Day, contando com duas tecnologias revolucionárias, o veículo pode reduzir o peso em 10%, aumentar a autonomia de cruzeiro em 14% e reduzir o número de peças em 370.
4680 CTC: A tecnologia de bateria Tesla sempre foi referência para inovação na indústria
Tesla lidera a tendência de inovação em baterias de energia. Quando o Modelo S / Atualmente, o Modelo Y equipado com a solução CTC de 4680 células foi entregue. Nos últimos dez anos, a Tesla continuou a liderar o desenvolvimento da indústria tanto em células como em conjuntos de baterias.
4680 CTC: Seja o primeiro a anunciar planos específicos e liderar a direção técnica do setor
Tesla divulgou uma patente chamada INTEGRATED ENERGY STORAGE SYSTEM em junho de 2021, que detalha a tecnologia de integração do sistema de bateria 4680 Structural Battery (CTC). De acordo com o conteúdo divulgado publicamente na patente, podemos ter uma compreensão direcional geral do Tesla CTC: a tampa superior da bateria está diretamente conectada à estrutura do veículo, como o assento, tornando-se a estrutura do piso da cabine de passageiros; as células são preenchidas com materiais de resina, Tesla acredita que isso pode fornecer proteção térmica, por um lado, e suporte estrutural para o núcleo da bateria, por outro; em comparação com a solução “módulo grande”, a solução CTC tem as vantagens de reduzir as peças de suporte, reduzir o peso do veículo e aumentar a capacidade geral da bateria.
4680 CTC: Modelo Y lançado oficialmente, fábrica no Texas inicia entrega no primeiro trimestre
A solução CTC da Tesla pode aumentar a autonomia de cruzeiro dos veículos em 14%, reduzir os custos unitários em 7% e reduzir o investimento unitário em 8%.
No relatório financeiro do quarto trimestre de 2021 da Tesla, pode-se ver que os trabalhadores da Texas Gigafactory conectaram diretamente os assentos do Modelo Y à bateria 4680 CTC. A implementação do CTC melhorará significativamente a eficiência da produção de montagem final.
Fundição sob pressão integrada: começando com Y, continuando a promover o avanço de carrocerias leves
Fundição sob pressão integrada: layout dedicado e avanços contínuos em pesquisa e desenvolvimento
A Tesla implantou uma máquina de fundição sob pressão de grande escala de 6000- toneladas, GigaPress, em todas as suas quatro principais fábricas de automóveis. Atualmente, a fábrica de Xangai equipou cinco grandes máquinas de fundição sob pressão para a produção dos pisos traseiros do Modelo Y. A fábrica do Texas iniciou a produção em massa em março. Com base no piso traseiro do Modelo Y, foi adicionada fundição sob pressão integrada do piso dianteiro (viga longitudinal dianteira).
A patente de liga de alumínio fundido com layout integrado, intitulada "Liga de alumínio fundido para componentes estruturais", descreve uma liga de alumínio que é forte e possui excelente ductilidade que não requer processamento adicional e pode reduzir significativamente os custos de produção. .
O sistema de absorção de energia Tesla será integrado ao sistema de suporte. Em 5 de julho de 2021, Tesla solicitou uma patente para "fundições integradas de absorção de energia". Este sistema de absorção de energia é amplamente utilizado em estruturas de colisão de automóveis. O sistema de absorção de energia pode ser integrado com parte ou toda a estrutura de suporte através de um único processo de fundição, reduzindo assim a necessidade de processos que incluem soldagem por pontos, soldagem por costura, rebitagem, aparafusamento, colagem, etc.
Fundição sob pressão integrada: os componentes são expandidos para o piso frontal e o número total de juntas de solda é reduzido em 1,600+
A fundição sob pressão integrada da Tesla se estende até o piso frontal. De acordo com o anúncio da Tesla, em 2020 a Tesla anunciou a planta traseira de fundição sob pressão integrada do Modelo Y, que pode reduzir o número de peças de 70 para 1 ~ 2; o relatório financeiro do primeiro trimestre de 2022 anunciou a fundição integrada produzida na fábrica de Austin, Texas. O plano da carroceria pode reduzir o número de peças do piso dianteiro e traseiro de 171 para 2 e reduzir o número de pontos de soldagem em mais de 1.600.
Fundição sob pressão integrada: produção em massa na fábrica do Texas para acelerar a aplicação da tecnologia
A máquina de fundição sob pressão Giga Press usada pela Tesla é produzida pela Lijin Technology e seu espaço pode ser economizado em 35% em comparação com equipamentos de produção que usam processos tradicionais de estampagem e soldagem. De acordo com as informações do relatório financeiro da Tesla, a Shanghai Gigafactory tem cinco equipamentos de fundição sob pressão em grande escala para produção, e a fundição integrada do piso frontal da carroceria do Modelo Y (feixe longitudinal frontal) na Austin Gigafactory no Texas também será em massa -produzido.
Novas forças fabricantes de automóveis assumem a liderança no acompanhamento da fundição sob pressão integrada
NIO e Wencan colaboraram no piso traseiro da carroceria fundida integrada do ET5. O NIO ET5 usa um piso traseiro fundido integrado. O processo de fundição integrado reduz o peso do piso traseiro da carroceria em 30%, enquanto aumenta o espaço do porta-malas em 11L. Em novembro de 2021, a ilha de fundição ultragrande 6000T da Wencan testou o molde com sucesso, e o produto fundido integrado para piso traseiro de automóvel foi retirado com sucesso da linha de produção.
A Xpeng Motors une-se à Guangdong Hongtu para desenvolver fundição sob pressão integrada. 1. Atualmente, Guangdong Hongtu entrou no sistema de suporte da Xpeng Motors, e ambas as partes estão desenvolvendo simultaneamente peças de fundição sob pressão integradas. Em janeiro de 2022, o chassi Guangdong Hongtu 6800T com peças estruturais integradas saiu oficialmente da linha de produção. 2. A base de Wuhan construirá uma oficina integrada de fundição sob pressão. O projeto será lançado oficialmente em julho de 2021, abrangendo uma área de cerca de 1.500 hectares, com capacidade de produção planejada de 100 mil000 veículos. Mais de um conjunto de ilhas de fundição ultragrandes e linhas de produção automatizadas serão introduzidos.
Em fevereiro de 2022, o compartimento traseiro integrado da carroceria fundida supergrande da Gaohe Automobile e Tuopu foi lançado. As peças estruturais ultragrandes produzidas pela máquina de fundição sob pressão 7200T têm quase 1.700 mm de comprimento e 1.500 mm de largura, respectivamente, alcançando uma redução de peso de 15~20% e encurtando todo o ciclo de desenvolvimento em 1/3. Em termos de materiais, o material de liga de alumínio de alta resistência, resistente e livre de calor do parceiro TechCast pode evitar problemas como deformação dimensional e defeitos superficiais de peças causados por tratamento térmico. Sua fluidez é mais de 15% superior à de materiais do mesmo nível, e sua plasticidade é mais de 30% superior, garantindo que a colisão do veículo e outros desempenhos atinjam uma dimensão superior.
OEMs tradicionais internacionais acompanham fundição sob pressão integrada
A Mercedes-Benz lança resultados de fundição sob pressão integrados, melhorando significativamente o desempenho. A Mercedes-Benz lançou sua mais recente conquista de pesquisa científica – VISION EQXX – no mundo. A maior inovação é a aplicação de componentes estruturais de engenharia biônica na parte traseira da carroceria e no topo da torre frontal. Toda a parte traseira da carroceria é formada por uma fundição independente e completa em liga de alumínio. Em comparação com os processos tradicionais, a rigidez da parte traseira da carroceria foi bastante melhorada e espera-se que o peso seja reduzido em 15-20%.
A Volvo introduzirá a fundição sob pressão integrada. A Volvo investirá 10 mil milhões de coroas suecas na sua fábrica sueca, onde introduzirá algumas tecnologias e processos de fabrico novos e mais sustentáveis, incluindo um processo integrado de fundição sob pressão.
O chassi do skate tornou-se uma importante força motriz para o desenvolvimento de médio e longo prazo do CTC e da fundição sob pressão integrada
O chassi do skate é uma das tecnologias revolucionárias mais importantes da indústria automotiva atual. Sua maior característica é a dissociação da parte superior e inferior da carroceria, encurtando significativamente o ciclo de desenvolvimento do veículo. Portanto, o skate precisa ser equipado com uma estrutura de carroceria sem carga e um chassi controlado por fio; para facilitar o carregamento, o chassi não pode ocupar muito espaço vertical, e sistemas de acionamento elétrico integrados como o "três em um" tornaram-se necessários; módulos inteligentes altamente integrados precisam ser centralizados. Baseia-se no EEE e realiza a dissociação de software e hardware; melhora a densidade de energia massa/volume das baterias de energia em um espaço limitado, o que é altamente consistente com a solução de integração do sistema de baterias CTC; após alta integração, a estrutura do chassi é mais complexa e a fundição sob pressão integrada pode ser mais. Atende melhor às necessidades de melhoria da tecnologia do chassi.
Nos últimos anos, muitos fabricantes nacionais e estrangeiros lançaram sucessivamente chassis de skate autodesenvolvidos, e a tecnologia está gradualmente se tornando madura.
A melhoria da vida útil da bateria de novos veículos energéticos força o desenvolvimento de carrocerias leves
As vendas de veículos de passageiros novos de energia continuam a crescer a um ritmo elevado e deverão ultrapassar 5,4 milhões de unidades em 2022. De 2018 a 2021, o volume de vendas de veículos de passageiros de energia nova foi: 1,05, 1,06, 1,20 e 3,32 milhões de unidades respectivamente; a taxa de penetração dos veículos de passageiros de novas energias em 2021 é de 15,5%. Em março de 2022, a taxa de penetração dos veículos de passageiros de novas energias atingiu 24,7%, atingindo um novo máximo. Acreditamos que as vendas de veículos de passageiros de energia nova ultrapassarão 5,4 milhões de unidades em 2022.
O peso dos três sistemas elétricos dos veículos de novas energias aumenta significativamente. Em comparação com os veículos a combustível, os veículos de nova energia têm menos motores e sistemas de transmissão, mas porque a densidade de energia da bateria (cerca de 0.1-0,3KWH/KG) é menor do que a do combustível (acima de 12KWH/KG ), o peso do sistema trielétrico aumenta significativamente. Selecionamos diferentes versões de potência de vários modelos de diversas marcas para comparar e calcular o peso total. Em comparação com a versão a combustível, o peso da versão elétrica pura aumentou cerca de 19% a 32%, e o peso da versão híbrida plug-in aumentou cerca de 12% a 18%.
A demanda por maior autonomia de cruzeiro forçou o desenvolvimento de veículos leves. Em comparação com os veículos a combustível tradicionais, os novos veículos energéticos são mais pesados, o que afecta seriamente a sua autonomia de cruzeiro.
A redução do peso dos automóveis pode melhorar significativamente o desempenho dos veículos de novas energias, principalmente em termos de proteção ambiental, utilidade, potência, segurança e frenagem.
A liga de alumínio é atualmente o material leve mais econômico para carrocerias de automóveis
A redução de peso dos automóveis é conseguida principalmente através do uso de materiais leves. As principais formas de reduzir o peso do veículo incluem projeto de otimização estrutural, aplicação de materiais leves e tecnologia de processamento e fabricação leve. Entre elas, as principais medidas atuais de redução de peso automotivo são principalmente o uso de materiais leves.
Entre vários materiais leves, a liga de alumínio apresenta o maior desempenho de custo. Em comparação com várias ligas metálicas e materiais compósitos, a liga de alumínio tem vantagens abrangentes óbvias em desempenho, densidade e preço, e é o material leve com melhor custo-benefício.
A tecnologia de conexão, o desempenho dos componentes estruturais e o tamanho restringem a aplicação de materiais de liga de alumínio em automóveis
O processo de fabricação da carroceria em liga de alumínio é muito mais complexo do que o da carroceria em aço. Se for usada liga de alumínio em vez de aço, o peso da carroceria em branco geralmente pode ser reduzido em cerca de 1/3. Veja o Audi A8 como exemplo. Devido ao seu corpo todo em alumínio, o peso do corpo em branco é de apenas 215kg. No entanto, a alta condutividade térmica do metal alumínio pode facilmente causar problemas como redução do desempenho da soldagem e contaminação dos eletrodos pela camada de óxido na superfície da liga. Além disso, o alto coeficiente de expansão térmica do alumínio pode facilmente levar a grandes deformações das peças. Ainda tomando o Audi A8 como exemplo, sua fabricação de carroceria requer 14 tipos de processos de conexão incluindo soldagem MIG, soldagem remota a laser, etc. .
As peças estruturais da carroceria têm requisitos de alto desempenho e a permeabilidade dos materiais de liga de alumínio é limitada. Normalmente, as peças estruturais do corpo são grandes em tamanho, complexas em estrutura e a espessura da parede geralmente é de apenas 2-3mm. Eles precisam ter alto alongamento e alta resistência para atender aos requisitos de desempenho de segurança (teste de colisão) e aos requisitos de conexão de peças. Com avanços em tecnologias-chave, como processos/materiais/equipamentos, espera-se que a taxa de penetração de peças estruturais de carrocerias em liga de alumínio continue a aumentar.
A tecnologia de fundição sob pressão continua a progredir e a inovar
O processo de fundição sob pressão teve origem em 1885 e foi usado pela primeira vez na indústria automobilística em 1904 na forma de rolamentos de biela fundidos. As máquinas de fundição sob pressão experimentaram avanços tecnológicos, como fundição pneumática, fundição sob pressão em câmara fria e fundição sob pressão dupla. Atualmente, o equipamento de fundição sob pressão desenvolveu-se em uma ilha de fundição com a máquina/molde de fundição sob pressão como núcleo e auxiliado por outros equipamentos periféricos.
A fundição sob pressão é uma tecnologia de processamento eficiente, adequada para materiais de liga de alumínio
A fundição sob pressão é uma tecnologia de processamento eficiente, adequada para materiais de liga de alumínio. A fundição sob pressão é dividida principalmente em fundição de alta pressão, fundição de baixa pressão, fundição de pressão diferencial, etc. Entre elas, a fundição de baixa pressão e a fundição de pressão diferencial são usadas principalmente nas áreas de motores e chassis, enquanto a fundição de alta pressão é cada vez mais utilizado em carrocerias de automóveis devido à sua alta eficiência e pequena espessura de parede das peças processadas, sendo uma direção importante no futuro.
A fundição sob pressão é dividida em fundição sob pressão em câmara fria e fundição sob pressão em câmara quente: a fundição sob pressão em câmara fria é usada principalmente na fabricação de peças grandes, como peças automotivas, componentes de resfriamento de estação base de comunicação, etc .; a fundição sob pressão em câmara quente é amplamente utilizada na produção de pequenos produtos eletrônicos ou produtos 3C, como conector USB, gabinete de laptop, etc.