火熱的一體化壓鑄，其實只有“七分熟”
3月初，在萬衆期待的特斯拉投資者日上，馬斯克對一體化壓鑄技術隻字未提。
這讓外界多少有些意外，因爲不久前，特斯拉還特意放出一張海報，背景是一面由密密麻麻的側車身構成的背景牆。這張預熱圖一度讓特粉以爲，特斯拉要把最新的一體化壓鑄技術用在新一代車型上。
投資者日結束後，預期的落空帶着A股本不樂觀的一體化壓鑄指數繼續下跌，跌幅已達8.5%。在港股上市的特斯拉壓鑄機供應商力勁科技更是首當其衝，當天跌了10%，3月至今股價已下跌15%。
從特斯拉公佈一體化壓鑄時資本山呼海嘯的支持，到如今二級市場人人持幣觀望，一體化壓鑄的處境爲何會變得如此微妙？
01 生產革命：衝壓焊接合二爲一
時間回到2020年9月，馬斯克首次宣佈，將一體化壓鑄技術用於生產Model Y後車身底板的生產，並將逐步用2-3個大型壓鑄件替換整個車身底板370餘個結構件，這種頗爲大膽的做法爲沉悶的整車製造打開了一種全新的思路。
過去，汽車工廠生產車身底板，通常需要經過沖壓和焊接兩個步驟，前者將數以百計的低碳鋼板（或鋁板）壓成想要的形狀，隨後進入焊裝車間焊成一個整體。整個工藝十分成熟，從福特的流水線時代，汽車車身大抵就按這種方式生產。
但隨着智能電動車時代對汽車迭代速度和生產效率要求的提升，傳統的生產方式開始顯出短板：
1.生產週期長，傳統生產工藝爲控制精度，每一個零部件的公差都必須嚴格控制，尤其是對於車身在內的結構件，通常要進行三輪匹配，才能固定標準，而這一過程耗時長達6個月[1]。
2.倉儲和土地成本高，汽車的白車身通常由300-500個零部件構成，這些零部件無論是從供應商採購，還是在衝壓車間加工完成，都需要進行倉儲管理，對於整車廠而言，又是一筆不小的成本。
3.焊接工藝複雜，工人數量多，由於要將衆多衝壓件進行連接，汽車生產的四大工藝中，焊裝車間的員工人數通常僅次於總裝車間，設備數量更是達到其餘三大車間總和的數十倍。除此之外，複雜的焊接工藝還經常是拖慢生產節拍的“罪魁禍首”[2]。
4. 原材料回收率不高 ，傳統車身用料複雜，每個零部件對應的材料種類和型號都不同，導致材料的回收利用率只有70%左右。
對於將工廠視作核心產品，追求極限製造效率的馬斯克，這些問題無疑是無法容忍的。特斯拉的經營理念是極致簡化，幹掉多餘的生產步驟和零部件。
在2020年8月，特斯拉引入了一件利器——Giga Press（超級壓鑄機）。據說，馬斯克這麼做的靈感來自辦公桌上的玩具車模型。
巨型壓鑄機
這臺佔地面積相當於1.5個羽毛球場，重達410噸的大型機器看似複雜，工作原理其實很好理解，有點像古代的青銅器澆鑄，讓加熱成液態或半液態的高溫金屬進入模具，冷卻定型後脫模，就得到了想要的形狀。
這種工藝的優點，是能根據模具的設計生產出結構複雜的零部件。 在傳統汽車生產中，這種零部件通常需要衝壓和焊接兩步才能完成。
但缺點也十分明顯，壓鑄涉及熱加工，金屬經過高溫熔化再冷卻必然出現熱脹冷縮，導致生產出的零部件尺寸可能存在誤差，應用場景有限。
在特斯拉之前，再大膽的車企也只敢用壓鑄工藝生產發動機缸體、變速箱殼體，鑄鋁塔頂和後縱梁等相對較小、強度需求較高的非結構件。
2018年上市的凱迪拉克CT6的車身曾被視爲壓鑄工藝應用的巔峰之作，其利用鋁壓鑄件將車身零件從227件減少到了31件，重量減輕了20%。
而特斯拉的創新之處在於擴大了技術的應用範圍，成功將一體化壓鑄工藝用在了前、後車身底板這種大型結構件的生產上。
在這一過程中，特斯拉積累了許多壓鑄工藝與材料專屬的know-how：
以壓鑄機爲例，壓鑄件的大小直接與壓鑄機的鎖模力相關（可以理解爲能用多大的力鎖緊模具），特斯拉後車身底板的投影面積超過1平米，而此前車企生產的壓鑄件最大也只有0.5平米左右。
聽起來差距不大，但爲實現這樣的壓鑄效果，特斯拉2020年從力勁子公司意德拉定製了全球最大的壓鑄機，鎖模力超過6000噸，在此之前，行業最大的壓鑄機鎖模力只有4400噸[3]。
同時，爲了防止大型壓鑄件在熱處理過程中發生過度熱脹冷縮，從而引起尺寸偏差，特斯拉還專門挖來蘋果合金專家查爾斯·柯·伊曼（Macbook金屬外殼的發明者）研發免熱處理鋁合金材料，這些材料既能用在特斯拉的電動車上，也能用在SpaceX的火箭上。
又由於免熱合金缺少二次熱處理，自然硬化的鋁合金強度與傳統鋼材和鋁材相比存在差距，於是，特斯拉重新設計了前、後車身底板的傳力設計，巧妙地規避了缺陷。
截至目前，特斯拉在上海、柏林、德州、加州四座工廠裡都引入了巨型壓鑄機，其中得州工廠分別實現了Model Y前、後車身底板的一體化壓鑄，只需要進一步壓出CTC（電池到底盤）底盤的結構件（不含電池），就能實現馬斯克三年前電池日上許諾的目標。
過去三年，特斯拉的產量從50萬輛，飆升至137萬輛，毛利率也從21%上升至25%。一體化壓鑄發揮的作用難以忽視，應用了一體化壓鑄後車身底板的Model Y，單車毛利率一度高達30%。
但這顯然還不是特斯拉想要抵達的終局。
在今年3月初的投資者日上，馬斯克給圍觀羣衆畫了一個新餅，公佈了一種名爲“unboxed process”的生產模式，整個車身將由六個大的總成組成，每個部分僅以少數壓鑄件爲基礎進行拼裝，最後像拼樂高一樣組合在一起。
新的生產模式中，傳統的焊接步驟將被大幅縮減，汽車的四大工藝很可能從衝壓、焊裝、塗裝、總裝的線性串聯，演變成衝壓、壓鑄並行，串聯到塗裝、總裝的全新形態。
基於新的生產模式，汽車行業的工廠形態、生產節拍和人員組織都將被重新定義和梳理，這是一場真正的生產革命。
02 硬幣的B面：極限工藝的得與失
理想越美好，現實往往越骨感。
去年7月底，推特上一組航拍照片顯示，特斯拉德國柏林工廠外隨意堆放着大量廢棄的Model Y後車身底板廢件，外媒報道稱該工廠後車身底板壓鑄的廢件率高達60%[4]，因爲壓鑄件達不到特斯拉的要求，柏林工廠被媒體嘲笑爲“鑄件墳場”。
這組照片意味着即便是佔據先發優勢的特斯拉也無法保證參透一體化壓鑄的全部奧秘。
特斯拉柏林工廠外的“鑄件墳場”
這是橫亙在所有跟隨者面前的一堵高牆。目前的一體化壓鑄，是一項實打實的極限工藝，而極限往往意味着高風險。
在製造業中，有個概念叫工藝設計空間，這個空間定義了各項工程參數的變動範圍，在這個範圍內任意調整參數也不會影響產品的質量。但當工藝逼近極限，工藝設計空間就會變得極其狹窄，各項工程參數的控制會變得非常嚴格。
一體化壓鑄就是如此，它的四大門檻分別是設備、模具、材料和工藝，任何一個環節出現問題，可能就會前功盡棄。
以模具密封性舉例，一體化壓鑄需要採用真空壓鑄中密封性最強的超真空壓鑄（<50mBar），其壓鑄環境的氣壓需要達到30mBar以下，而傳統的真空壓鑄氣壓只需要小於250mBar即可[5]。
模具是一方面，鋁合金澆注系統更關鍵，鋁合金溶液有着敏感的結晶時間段，如何在這個時間段內保證鋁合金嚴絲合縫地澆鑄到複雜模具的每一個角落也相當考驗壓鑄廠和整車廠的工藝know-how。
除了掌握know-how，擺在整車廠和壓鑄廠面前的還有工藝的磨合問題。
當壓鑄機鎖模力突破6000噸，達到9000噸以上時，壓射系統、澆鑄機構、油泵油路等所有零部件都需要重新設計，而整個壓鑄島的零部件來自十多家供應商，對軟硬件、工序流程、現場設計進行磨合的過程也極其複雜[3]。
這也使得完美的壓鑄機器和壓鑄件僅存在於數學概率中。
在業內人士看來，鑄造必然有缺陷，用不用，用在哪兒，取決於整車廠的容忍度[6]。根據公開信息，國內廣東鴻圖、文燦股份，國外特斯拉的良品率幾乎都在90%左右，與傳統衝壓件99%以上的良品率相去甚遠。
而且，爲了在成本上具備可行性，整車廠對一體化壓鑄良品的定義，也和過去對衝壓件、小型壓鑄件的要求不同。根據行業工程師的說法，車企通常會對這類大型零部件進行結構分區，一些不影響結構安全和功能性的瑕疵會被放過，從而提升良品率[7]。
在車市物語的報道中，也有蔚來工程師提到，Model Y的後車身底板存在各種裂紋和氣孔[8]。這些就是特斯拉在工程上接受了的缺陷，而無法接受這些缺陷的車企就必須接受更低良品率帶來的成本損失。
在過去成本三五百元的小型壓鑄件上，車企通常會接受這種損失。但面對後車身底板這種成本3000元以上的大型壓鑄件[7]，如果按照良品率90%，年產量10萬件計算，車企在這一個零部件上額外付出的成本就達到3000萬。
即使代價如此高昂，極限工藝也未必能帶來極限提升。
一個反常識的結論是，一體壓鑄並不代表絕對的降本增效，甚至被衆多研報吹捧的輕量化概念，也值得質疑。特斯拉Model Y的兩代一體化後車身底板分別重54公斤與65公斤，相比之下，國內某自主品牌同部位分體全鋁部件僅重42公斤[3]。
導致這種尷尬情況的原因在於，免熱處理的鋁合金在強度上存在先天不足，而強度不夠就需要厚度和重量來湊。
另外，在一些情況下，壓鑄模具會刻意做寬一些結構中較窄的部分，因爲現有工藝下，較窄部分鋁合金溶液進入時阻力較大，產生缺陷的概率會直線上升，但做寬這部分就能提升一體化壓鑄的良品率。
在車企眼中，這部分多出來的質量被視作“無效減重”，會轉化成原材料和電池上的成本，限制了一體化壓鑄帶來的降本效果。
03 超高門檻：爆款和高端，缺一不可
對於絕大多數車企來說，一體化壓鑄在當下的投入產出比都需要被重新估量。
三年前，特斯拉的應用讓一體化壓鑄進入了公衆視野，在特斯拉之後，有不少整車廠開始跟進一體化壓鑄的研究。 但時至今日，國內真正和特斯拉一樣實現後車身一體化壓鑄的僅有蔚來ET5、極氪009、高合HiPhi Z等少數車型。
許多車企仍在觀望一體化壓鑄真正的效果，除了考慮到上述投入產出比的問題，還有一個原因是特斯拉的一體化壓鑄採用的是In-House的生產模式。
傳統汽車研發，整車廠與供應商共同研發出的技術往往只在限定期內具備獨有性，隨着供應商對外供貨，整車廠和供應商的人才流動，其他整車廠遲早也會掌握這項技術。尤其在國內汽車產業，技術上幾乎沒有秘密，而且後來者跟進的成本極低。
但在In-House生產模式下，特斯拉一體化壓鑄的know-how很難外溢。由於工藝環節繁多，技術複雜，每個工程師只掌握幾項工藝，導致除非將特斯拉的壓鑄團隊整個挖走，否則即使能採購到同樣的設備，跟進者也需要將特斯拉踩過的坑重新踩一遍[7]。
典型如蔚來，去年就因爲文燦股份壓鑄件的供應問題，導致了ET5和ET7的減產。
退一萬步說，即使解決了工藝的難題，一體化壓鑄也並不適合所有車企，因爲 一體化壓鑄的優勢在於提高生產節拍，而並非降低成本。
極致高效的背後，是零部件在通用性和靈活性的缺失。
整車廠採購大型壓鑄機器通常只用來生產一種壓鑄件，不同車型必須要用不同模具，換句話說，Model Y的後車身地板不可能用在Model X/S上，甚至連尺寸差異不大的Model 3也適配不了。
此外，因 爲大型壓鑄件的模具動 輒重 達百餘噸，需要動用起重機進 行更換， 更換一次模具再啓動生產需要耗費10-12個小時，而常規衝壓工藝更換模具只需要2-3分鐘。 在這段時間裡，如果一臺壓鑄機不間斷運轉，能生產200-240個壓鑄件。
整車廠如果不想浪費壓鑄機的效率，就必須保證有一款足夠爆款的車型來消化壓鑄機的產能，需要有多爆款呢？
根據電動汽車觀察家援引業內人士觀點，一次性連續生產5000（10天）-20000（30-40天）件，纔是一體式壓鑄大型結構件比較經濟的規模[3]。
按照10天5000件的規模門檻來看，一年比較經濟的產量大約是18萬件，假設壓鑄的是後車身底板這樣的一輛車一件的大型零部件，那麼就需要保證這款車型一年的產量大於等於18萬臺。
我們不妨將門檻放低一點，去年在中國銷量超過10萬輛的爆款新能源車包括五菱宏光MINIEV、比亞迪秦/宋/漢/元/海豚、特斯拉Model 3/Y、埃安Aion Y。
那麼問題來了，這麼多爆款，爲什麼只有Model Y用上了一體化壓鑄呢？
根本原因在於，Model Y是裡面賣得最貴，同時又是賣得最好的電動車，因爲一體化壓鑄需要的鋁材比鋼材貴了不止一點點，只有用在高端爆款電動車上纔是性價比最高的，這本“技術賬”纔算得過來。
也正是因爲沉沒成本太高，國內像“蔚小理”這些不差錢的新勢力們雖然表面上都在跟進這項技術，但沒有草草地選擇in-house模式，而是選擇和Tier1零部件公司共同研發來降低試錯風險。
參考資料：
[1] 一體壓鑄技術：特斯拉的製造革命，建約車評
[2] 特斯拉一體化壓鑄：革誰的命？高新南七道
[3] 汽車變樂高，一體式壓鑄是汽車製造的終局嗎？電動汽車觀察家
[4] Tesla's Mega Castings Are Not Working Well for Giga Gruenheide: Over 60% of Rejects，autoevolution
[5] 一體化壓鑄降本增效，行業浪潮將至，民生證券
[6] 特斯拉一體壓鑄帶來成本降低，爲什麼傳統汽車主機廠此前沒有類似嘗試？JackyQ的汽車漫談
[7] 特斯拉壓鑄：偷工減料還是大膽創新？孤島車談
[8] 一體化壓鑄：工業神話or資本泡沫？車市物語
[9] 汽車製造的世界盡頭，就是一體壓鑄了？Autocarweekly
[10] 被神話的“一體壓鑄”，和馬斯克沒說的秘密，深途