不過就是一次平平無奇的“認準目標，并堅持到底”罷了。
永遠不要低估國家在產業(yè)發(fā)展上的眼光，也永遠不要相信那些地攤文學上陰謀論和都市傳說。
因為在我們國家，關于未來發(fā)展的種種設想，早就已經明明白白、公開透明地寫在了各種規(guī)劃和綱要文件之中。當下火爆的很多東西，實際上在四五年前就已經被納入了發(fā)展規(guī)劃當中。
比如，新能源汽車行業(yè)里的“一體化壓鑄技術”。
2020年8月，美國加州弗里蒙特的特斯拉工廠開始了第一臺大型壓鑄機的安裝工作。隨后幾個月，上海、得克薩斯、柏林的特斯拉超級工廠中也陸續(xù)部署了這種重型一體化壓鑄設備。
2020年9月22日，馬斯克驕傲地向全世界宣布，特斯拉Model Y將會采用一體化壓鑄的后地板總成，并宣稱將降低30%的下車體的總成重量和40%的制造成本——特斯拉將用2-3個大型的壓鑄件來取代原先由370個零件組成的下車體總成。
可以說，壓鑄技術在汽車制造行業(yè)的運用是一次對傳統(tǒng)汽車生產流程的“顛覆式創(chuàng)新”。
在很多媒體的文章中，人們將這種制造模式的變革歸因在了馬斯克的靈光一現上——馬斯克受到玩具車模型的啟發(fā)，從而想到了將汽車一體成型的工藝，并最終將其實現。
這個說法很有趣，很有小時候睡前高水平小故事的味道。
但這么一個事關生產流程變動、潛在影響數百億元規(guī)模的重大決策，你真的相信是馬斯克靈機一動拍腦袋決定的嗎？
反正我不信，而且我覺得馬斯克的投資人們也不會相信。
實際上，至少對于中國來說，最晚從2016年開始，“壓鑄技術”就開始被頻繁列入了國家級的工業(yè)發(fā)展規(guī)劃之中。
2016年9月，工信部就在《有色金屬工業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》中就宣布要重點發(fā)展“汽車發(fā)動機和內部結構件用鋁合金精密鍛件和鋁硅合金壓鑄件”。
一個月后，在《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖》中，工信部聯(lián)合中國汽車工程學會又提出“以鋁合金、鎂合金和碳纖維復合材料為重點，逐步掌握輕量化材料制造技術”的總體思路。
又過了一個月，在11月出版的《工業(yè)“四基”發(fā)展目錄（2016版）》中，國家制造強國建設戰(zhàn)略委員會將“金屬型壓力鑄造技術”、“鋁及鎂合金壓力下鑄造成型工藝”、“高強度鑄鋁合金材料”列入了核心基礎零部件、關鍵基礎材料現金基礎工藝、產業(yè)技術基礎的發(fā)展目錄。
到了12月，工信部、發(fā)改委、科技部、財政部聯(lián)合推出的《新材料產業(yè)發(fā)展指南》中直接將“節(jié)能與新能源汽車材料”列為“重點應用領域急需的新材料”。
也就是說，2017年春節(jié)前，為了“車用鋁合金”和“壓鑄技術”，我們的工業(yè)主管部門已經拿著大喇叭喊了好久了。
這就是行業(yè)大趨勢，根本不是什么靈光一閃拍腦袋。
特斯拉高調部署的那臺大型壓鑄機是全球首創(chuàng)不假， 特斯拉引領一體化壓鑄的風潮也不假， 但特斯拉的那臺壓鑄機的品牌叫IDRA（意德拉13522079385）。
而IDRA，是中國企業(yè)“力勁科技”旗下的一個品牌。
今天，我們就來聊一下“壓鑄”，這個新能源汽車行業(yè)里的重要技術。
01 被歐美供應商控制的“汽車制造”
汽車制造其實并不單純是汽車廠商的事兒。
你要寫汽車制造，就不能只寫車廠，你要寫冶金工業(yè)，你要寫機械加工，你要寫仿真軟件，你要寫工業(yè)美學，你要寫公司財務……
總之，對中國汽車工業(yè)來說，新能源的崛起是露出在水面上的“中國廠商擊敗外國廠商”，而“壓鑄技術”則是水面之下、一般消費者很難感知的“國產替代”。
被“壓鑄技術”所取代的，也不是一種產品，也不是一個品牌、一個廠商，而是一種模式。
從以前到現在，傳統(tǒng)汽車生產基本可以分為三個階段，時間節(jié)點分別在1960年和2020年。
1960年之前，不論是汽車工業(yè)發(fā)達的歐美，還是當時汽車工業(yè)落后的中國，所有的車廠在制造商在“如何造車”這件事兒上都沒有本質的區(qū)別，都是“沖壓+人工焊接”模式。其實1960年之后到2020年，這個模式也沒怎么變，“沖壓+焊接”的模式依舊是主流中的主流，只是變成了“沖壓+機器人焊接”。
所謂沖壓，就是用壓力機和模具讓材料形成特定的形狀——就像你用手錘打橡皮泥一樣，給個方形的模具，錘出來的橡皮泥就是方的，給個圓的模具，錘出來的橡皮泥就是圓的（當然汽車廠的沖壓機模具要復雜得多）。
汽車廠使用的沖壓模具
沖壓最大的好處是快速，壓力機“duang”一下，零件就做好了；第二個好處是便宜，只要你有模具，材料放上去“duang”一下就ok——這就特別適合大規(guī)模生產。
但另一方面，想讓沖壓產品的生產又快又好又便宜，技術難度還是比較大的——模具、鋼材、工藝等等都有很多難題要解決。
舉個例子來說，蘇聯(lián)人最開始造AK的時候，機匣就用的沖壓技術。只是當時蘇聯(lián)技術不過關，出了很多問題，不得已用只能用銑削技術去造機匣（用一大塊鋼材切出來一個機匣，造一個一斤多的機匣要五斤多的鋼材）。后來蘇聯(lián)人搞定了沖壓技術，果斷又回到了沖壓的老路上。
沖壓之外，就是焊接。
沖壓造出來的是一個個零部件，要把這些零部件組裝起來，就需要用焊接。
焊接這工作可不好做，這是真正的高技術工種。
根據2022年人社部公布數據，“焊工”排行人才短缺榜的第15位——作為一個熟練的焊工，年薪干到10萬不成問題，如果運氣好外加技術夠硬，年薪幾十萬也正常。舉個例子來說，國內某大型合資車廠的“焊裝規(guī)劃部”，負責規(guī)劃車輛生產的焊接工藝。國內的第一負責人是一位享受國務院特殊津貼的焊接專家，外商派來的工作人員也都是國外的焊接精銳或者資歷深厚的老工程師。
由此可見，在“沖壓+人工焊接”的時代，沖壓件的品質、焊接工人的水平是汽車生產過程里的重要因素。
但很遺憾，這個階段，咱們沒有趕上時代的火車——新中國那時候剛剛完成了“一五計劃”沒多久，真的沒實力去跟外國企業(yè)比拼這些東西。
1960年以后，時代變了。焊接開始自動化了。
這局勢對我們就更不友好了。
美國通用公司于1961年引入了世界上第一臺用于汽車生產線的焊接機器人Unimate。之后的十幾年時間里，工業(yè)機器人開始急速發(fā)展：
Unimate機器人正在抓取汽車零件
1968年，美國Marvin Minsky公司推出了擁有12個關節(jié)的機器人，可以通過計算機或者搖桿進行控制——雖然這款機器人本來是為了醫(yī)學用途設計制造的，但它精巧的運動模式卻啟發(fā)了后面的工業(yè)機器人的發(fā)展。
次年，斯坦福大學就推出了所謂“Standford Arm”機器人，馬上就贏得了美國產業(yè)界的廣泛好評——這東西的樣子已經和現在的工業(yè)機器人沒什么太大區(qū)別了。
發(fā)明人Victor David Scheinmann和一臺早期型號機器人
到了70年代，技術更加成熟了。麻省理工推出了“Silver Arm”機器人——單純從外觀來看，基本上可以說已經定義了后世工業(yè)機器人的統(tǒng)一設計。更關鍵的是，Silver Arm里面內置了傳感器和芯片——這就已經開始往智能制造的路上走了。
等到了80年代，工業(yè)機器人徹底開始百花齊放，迎來超高速發(fā)展。演化到了今天，結果就是一個年產10萬臺的汽車廠，如果只生產一種汽車，那么至少也需要80臺焊接機器人。
但是，焊接機器人作為一種和汽車工業(yè)“同生共死”的產品，自然也是傳統(tǒng)汽車強國的優(yōu)勢產業(yè)——ABB、發(fā)那科、那智不二越、川崎重工、安川……這些在市場上占據大份額的國際智能焊接機器人的巨頭，基本都是來自歐洲、日本的品牌。
你說為什么歐洲和日本長期都是汽車工業(yè)的強國？人家在汽車這個產業(yè)上可不止只有豐田、本田、奔馳、寶馬，人家還有ABB和川崎重工在后面撐著呢。
還是我們在《大國鎖鑰》之中提過的那個理論：
對于2000年以前就有的、產業(yè)鏈漫長的行業(yè)，中國企業(yè)的追趕壓力是很大的——因為我們作為后發(fā)國家，需要跨越人家?guī)资攴e累的專利護城河。
更別提人家還特別喜歡抱團取暖：大眾最喜歡“庫卡”，特斯拉就愛用“發(fā)那科”，豐田和川崎那更是死死貼在一起，好到穿一條褲子。
你們這一個個捆綁成了利益共同體不帶我玩兒，那我咋辦呢？
02 挑戰(zhàn)“焊接”的“壓鑄革命”
很快，很快啊，轉機就來了。 因為新能源浪潮起來了。 新能源浪潮其實并非“油改電”那么簡單。 因為在新能源的時代，車廠面臨著一個很有挑戰(zhàn)性的環(huán)境：
市場上，消費者對汽車的需求是“大，更大，超級無敵大”——中國的新能源汽車產品最開始還是傳統(tǒng)的轎車，然后就開始造SUV，現在又卷到了MPV商務車。
說真的，照這個趨勢下去，我很害怕以后“全險半掛”成為家庭出行的新選擇。
比亞迪已經出了混動“四米二戰(zhàn)神”了年輕人的第一輛房車不遠了
法規(guī)上，國六標準又要求汽車節(jié)能減排、車身減重。
一般來說，大車意味著排量更大的發(fā)動機和更大的重量。但現在，我們需要的是更大的車，但同時更小的重量和碳排放。
所以，解題的辦法就變成了：用更環(huán)保的電動和混動去解決碳排放問題，用鋁合金等更輕的材料去解決重量問題。
解題公式知道了，真到了做題的時候，麻煩又來了。
鋁材本身的物理性質，是個大麻煩。
傳統(tǒng)汽車，白車身上全是薄鋼板沖壓件，彼此之間用點焊進行連接，不論是焊接材料還是鋼鐵母材的強度都嘎嘎好，可以當成受力的結構件。
但換成鋁合金就尷尬了，鋁合金的熔點比鋼材低得多，迫于減重，板子有不能太厚，如果你在鋁板上搞點焊，結果可能就是直接穿透，而且鋁合金那本就不高的強度在經過電焊高溫后也會打折扣。
此外，薄鋁板的強度也壓根不能當受力的結構件來用，所以彼此之間往往采用鉚釘、螺絲之類的冷鏈接或者干脆上黏合劑。
沖壓、焊接，最重要的兩個加工方式對車用鋁合金零件都很尷尬。
當事情走到了這一步，就不能再用老辦法了。
壓鑄技術，啟動！
“壓鑄技術”的原理其實并不復雜。某種意義上來說，街上那些買“雞蛋仔”的小吃店用的也是壓鑄技術——用壓力將液態(tài)物質注入模具，待冷卻后形成特定的形狀。
哪怕光看這句話，我們其實就能知道“壓鑄技術”的優(yōu)越性了。因為注射進去的是液態(tài)金屬，所以只要模具設計的夠好，最后可以形成極其復雜的形狀——去博物館看看春秋戰(zhàn)國時代的復雜青銅器就知道了，只要模具夠精細，再復雜的形狀都能給你鑄出來——而且鋁水的流動性比鋼水實在好太多了。
放在現實生產中，人們只需要設計好一個總體的模具，然后用壓鑄機把鋁水duang一聲射進去，等到冷卻開模后，我們就會得到一個完整的結構。
特斯拉把下車體總成的370個零件精簡到2-3個壓鑄件的神奇操作，就是這么來的——“沖壓+焊接”的模式下，幾十個零件組成一個部件，用時至少120分鐘，而且必須多個生產線并行運轉。而在大型壓鑄機的作用下，90秒就能搞定一個壓鑄件，每小時能造四十幾個。
這效率，哪個車廠看了不眼紅呢？
還有一個不能不說的是：
沖壓件的制作過程中是有很多邊角料的，而因為汽車結構復雜，不同沖壓件用的鋼材也不一樣，這些邊角料其實是無法統(tǒng)一回收重熔再利用。
但壓鑄就不一樣了，壓鑄技術從頭到尾都只用一種材料，哪怕是廢件也可以回爐重新投胎——這經濟性也拉滿了。
所以，從汽車為了減重開始使用鋁合金的那天起，壓鑄技術的大規(guī)模應用就成為了必然——不論是鋁材的物理性質還是廠商的經營需要，只要你想用大型鋁部件去造車，壓鑄機都是唯一可行的解。
03 又愛又恨的壓鑄技術
壓鑄技術好是真的好，但煩人的問題也是真的多。
壓鑄技術看著挺簡單好用的，鋁水灌進去等冷卻就完事了。但實際上，比起沖壓和焊接，壓鑄技術的難度其實更大。
歸結起來，大的問題主要有兩個：
第一，流動復雜。
第二，熱脹冷縮。
給大家看一個高壓鑄造過程里的金屬流液的流動分析圖。
比起沖壓件和焊接，這一管子高壓鋁水射進去之后的力學分析可就真的是要了老命了。
“兵無常勢，水無常形”，每次高壓注入的液體流動幾乎都是隨機的。而且你的結構越復雜，鋁水灌進去之后填充的情況就越難預料。那么多曲里拐彎的流道，那么復雜的結構，你是沒辦法靠肉眼觀測的——這，后期的探傷分析可就遭老罪咯。
超高壓噴射的鋁水會在密閉模具里激情震蕩，然后在幾十秒內迅速冷卻。這個過程里，很可能就會形成一些你意想不到的結構，最終導致整個鋁部件內在結構有各種各樣的問題。
當然了，更別提雜質、氣孔等等鑄造界日常了。
除了，流動導致的復雜局面，熱脹冷縮導致的形變也是制約鋁合金一體化壓鑄的難題。
如果你壓鑄的是常規(guī)的鋁材，那么這東西是不能直接用在車上的。和鋼材一樣，鋁材也要做熱處理，否則金屬的強度、硬度等等機械性能就不達標——整個熱處理大致的流程是：取出壓鑄件、剪掉邊角料、固溶退火、淬火、時效硬化、最終進行加工。
這里面的退火、淬火、硬化……都涉及到反復的加熱和冷卻。
嘿嘿，這么熱脹冷縮來幾次，你猜這鋁部件最后的各種尺寸還能對得上不？
而且你的壓鑄件尺寸越大，變形也就越厲害，廢品率直線上升——咱廠長的血壓跟咱廠里的廢品率是正相關的函數關系。
這么看，你“壓鑄+鋁材”的組合就比不過人家“沖壓+鋼材”的搭檔了——因為進入沖壓工序前的鋼板早就在鋼廠做過熱處理了，人家體態(tài)均勻、渾然一體，你切任何一塊下去，性能肯定都一樣，都可以直接用。
汽車部件是很講究安全性的，你要如何讓壓鑄鋁合金部件的性能趨于標準統(tǒng)一，如何設計結構讓鋁材料部件有足夠的機械性能？這都是必須回答的問題。
04 破局時刻
基于上述種種困難，我們也就能看出“一體化壓鑄”行業(yè)的幾個主要技術壁壘。
第一，你需要有足夠強力的壓鑄設備。高熱的鋁水被注射進模具后會產生向外撐開模具的力量，而且這個力量是隨著壓鑄件的面積增加而增加的，你一體化鑄造的部件尺寸越大，鎖模力就必須越高，否則一旦壓不住模具里的“高熱猛獸”，后果就嚴重了。
第二，你要有設計足夠精巧的模具。這里的設計足夠精巧并不單純說是你能安排好各種機械設計結構。壓鑄行業(yè)里，因為模具是要長期反復被使用，模具自己就要有很強悍的耐磨耐腐蝕性能，而且模具在面對熱脹冷縮和高溫的時候也要有足夠的抗性。與此同時，模具上還要安排好一些特殊的設計使得氣體能夠被排出或者及時進行補液對抗鑄件的熱脹冷縮。
第三，你要有特種合金。大尺寸的鋁合金部件是不會允許你之后各種熱脹冷縮搞熱處理的，你必須開發(fā)一種“即鑄即用”的免熱特種合金，使得壓鑄后的鋁合金部件就有滿意的機械性能。
最后，雖然原理你都懂了，但執(zhí)行起來往往是另一個故事。你需要不斷打磨工藝，提高良品率，從而為企業(yè)節(jié)省成本——咱們的芯片廠，其實也整天都在忙活這些事。
面對著一體化壓鑄的“四座大山”，
站在2024年初的時間節(jié)點上，我唯一的評價是：
中國，不愧是新能源汽車大國、新能源汽車強國。
因為以上四個難題，我們都突破了。
壓鑄機上，創(chuàng)業(yè)于1979年的力勁集團是全球壓鑄機領域的第一梯隊，是特斯拉的御用壓鑄機供應商——這地位可比“發(fā)那科”尊貴多了。而在中國市場上，能提供大型壓鑄機企業(yè)可不僅僅只是力勁一家哦——這個行業(yè)早就卷的飛起來了。
2020年這行業(yè)還在6000噸級鎖模力的水平上呢，到了2024年，8000噸鎖模力已經只能說是起步，小米的“超級大壓鑄”已經干到9000噸了，現在大家基本也都在布局萬噸級的壓鑄機了。
面對模具里激蕩的“射流”，我們也有全套的解決方案——以極氪汽車的一體化壓鑄為例，0.2秒內就能完成一次沖型，順便同時再做上千組數據的檢測。
而且人家極氪對自家的產品也很有自信——拿出自家鑄件和特斯拉對比，直言特斯拉的鑄件在極氪這邊根本都出不了廠。以極氪汽車為例：鋁合金是極氪自己的，壓鑄機是力勁的，模具是寧波塞維達的——全是國產品牌。
當然，這個領域也有不少外商。只不過很可惜，不論從市場份額還是技術指標上，瑞士的布勒（15910974236）、日本的東芝（18210062835）確實距離國內先進水平還有一定的距離。
今天我們就不逆襲了，換你們來了。
模具上，國內的企業(yè)也相當有面子——相比起壓鑄機，模具企業(yè)的知名度就要低很多了。但這并不影響中國企業(yè)的優(yōu)秀，
6800噸的一體化鋁合金壓鑄結構件模具這都是老產品了，9000噸以上的模具也已經交付，現在我們的模具廠商已經在攻關12000噸級別的模具了。
免熱鋁合金上，這就更有趣了。
這個領域里，車企非?；钴S：小米、蔚來、比亞迪、長安、一汽……等等車企都在積極研發(fā)自己的免熱鋁合金。
在查資料的過程里，我甚至發(fā)現做衛(wèi)浴設備的九牧都在研發(fā)壓鑄鋁合金了——這門類還真是齊全啊。
05 結尾
說實話，寫到這里，我突然感覺有些“索然無味”。因為現在回看8年前的那些規(guī)劃、綱要，你會發(fā)現我們基本上就是一點點穩(wěn)扎穩(wěn)打走過來的。
沒有什么奇葩的故事，沒有什么驚險的劇情，更沒有什么神奇的傳說，整個流程就像是一個炒了二十年菜的老廚師在炒他最熟悉菜——用什么調料，切多大的塊，什么時候調成小火，什么時候撒鹽——這一切他早就已經爛熟于心了，都已經形成肌肉記憶了。
畢竟，作為一個歷史、文化、記憶5000年超長待機、從未中斷的民族，莫說是歷時8年的布局規(guī)劃，哪怕是80年的超長線計劃似乎也不算什么——精衛(wèi)填海、愚公移山、張騫出使西域、蘇武北海牧羊、唐長老八十一難……
我們特別擅長且無比沉醉于這種飽含“鍥而不舍”精神的長期主義浪漫。
甚至連這幾年最火爆的科幻大片，講的也是一個持續(xù)100代人的“流浪地球”計劃。
“認準目標，并堅持到底?！?/span>
這種事情在我們的無數個行業(yè)之中出現過無數次……
這么來看，一體化壓鑄技術的國產替代，好像也沒什么大不了的。
不過就是一次平平無奇的“認準目標，并堅持到底”罷了。
本文作者：星海老局
