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出品丨虎嗅汽车组

作者丨周到

头图丨视觉中国

小米SU7,终于交付了。

4月3日,在小米创始人、董事长兼CEO雷军的亲自见证下,首批小米SU7终于向用户进行了交付。在活动现场,雷军宣布这款车已经收获了10万个订单,其中超过4万用户已经确定锁单。

显然,广大用户对于SU7这款车的认可度还是相当高的,而这背后少不了小米在营销方面的努力。在产品功能和技术之外,雷军在其视频号里把小米汽车的工厂从自动化率,到机器人数量,以及最重要的——9100吨一体化压铸机,都进行了详细的宣传。

放眼过去,整个汽车行业内几乎没有一家车企对于整车制造环节进行过如此细致而破圈的成功传播。仅仅在微信视频号上,雷军关于压铸机的这一条视频就获得了点赞、转发和收藏均达到10万加的数据,评论也超过5万个。

至此,借助雷军和小米SU7,一体化压铸这个原本仅仅属于汽车行业细分到制造领域的话题,变得人尽皆知。不过,在经过和业内诸多人士交流后虎嗅暗信号团队发现,这项技术远远不止很多人意识里的“一压成型”而已。从具体零件的设计,到具体的制造工艺,各个方面的因素都是制约一套一体化压铸方案能否达成其设计预期的关键因素。

下面,就让虎嗅汽车暗信号团队给大家聊聊,一体化压铸有多厉害,以及小米的这款9100吨压铸机在行业里处于怎样的级别和水平。

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“压”出一辆车,到底有多难?

所谓的一体化压铸,其实没有特别明确的概念。这项制造工艺最早由特斯拉在2022年提出,首度应用于美国德州的超级工厂。当时,特斯拉采用了6000吨级的一体式压铸机,用于Model Y的生产。通过新技术,在Model 3上原本超过70个白车身后地板零件,如今可以被压缩为2个零件。

采用了一体化压铸技术生产的Model Y,整个后地板变成了一整块

对于这项新工艺的结果,当时特斯拉CEO马斯克给出的数据是,原本1-2个小时的工时将被压缩至最短45秒,制造成本也能降低40%。更重要的是,一体式压铸机的占地面积仅有100平方米。如果将现有生产工序尽可能地替换为一体式压铸,工厂面积能够缩减30%。

而看到了特斯拉的成功案例后,包括奔驰、大众、沃尔沃、小鹏、蔚来和理想等企业也纷纷在汽车生产中采用了类似的方案。而特斯拉的供应商意德拉(Idra,力劲集团的子公司),以及广东鸿图、中信戴卡、拓普集团等一系列一体式压铸上下游供应链企业也顺势被一举带到了水面之上。

但是,在汽车上实现一体化压铸,绝不仅仅是将合金材料喷入压铸机之后,直接得到零件而已。如何基于工艺要求设计好车身零件,在制造的过程中提升良品率,以及能否最终实现质量的提升和对成本的控制。

换言之,这一切绝对不是像压三明治那么简单。

记得刚入行的时候曾有车企的质量管理工程师告诉笔者:好的质量,一大半是设计出来的。放在一体式压铸这件事上,车企的设计与工程能力是一切的决定性因素。

业内资深专家来自广东鸿图的黄祥告诉笔者,一体化压铸件相比较普通的焊接或冲压件,具有尺寸大、壁薄和力学性能要求高的特点。在生产过程中,液态铝合金需要在几十毫秒的极短时间内完成长流程的稳定填充,才能保证良好的产品质量。

为了控制产品重量凸显轻量化效果,在产品设计方面,车企需要把零件的厚度尽可能控制在3毫米以下。而长流程、薄壁等结构特点使得填充的工艺难度更大,对机台性能的要求也更高,零件的壁厚还要均匀,防止局部料厚热节缩孔。同时,车企还需要对零件薄弱部分增加筋条设计,以提升产品的强度并改善填充效果。

在压射成型过程中,由于一体化压铸的产品模具尺寸非常大,高温下产品与模具本身各区域都会发生不同程度的形变。产品的形变对于后续的矫形工序是一个较大的挑战,而模具的形变和分型面配合不佳则会导致飞料等生产问题。因此对于温度的精准控制变得极为重要。

所谓的飞料,指的就是在金属熔融和注入模具的过程中由于锁模力、压射力、速度或温度控制不当导致的金属溅射或漏出模具的情况。这不仅会导致材料浪费和生产效率被影响,滚烫的金属流飞溅也是压铸车间主要的安全问题。

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零件边缘不规则的形状,就是“飞料”部分

同时模具还需要合理抽真空布局,以在最短时间内最大限度地提升型腔内的真空度,以便在最大程度上避免气孔的产生。

因此,汽车企业在设计产品和制造工艺时,需要针对不同的零部件的结构设定分区域模具温控、多通道高速抽真空等工艺方案,以保证产品的工艺稳定性和一致性。在正式生产之前需要根据产品和模具的问题点,制定合理的浇排方案,即从模具的什么地方设置浇口,加入熔融金属,以及从哪个部分排出空气和多余材料。

充型过程中的紊流和夹杂的分析 图片来源:MAGMA公司官网

最后黄祥还指出,在这个过程中企业还需要根据压铸机台、产品结构、压铸模具设定合理的压铸工艺参数,并通过计算和模流仿真验证填充效果,改善局部成型的潜在问题,以保证三者的最良好匹配度,从而在新能源汽车产品高速迭代的市场背景下,减少产品试制验证周期。

显然,这个复杂工程将造车的难度提升到了新的高度。事实上,即使是行业先驱特斯拉,截止到目前也只是将良品率提升到了90%的水平线上。东莞市大豫智造总经理刘建勋对笔者透露,绝大多数车企的一体化压铸良品率仅达到了80%乃至更低的水平。

所以,小米的一体化压铸很厉害吗?

在小米汽车的官方介绍中,该公司自主设计了“9100吨一体化大压铸设备集群系统”,从铝锭到成品铸件实现了全栈自研自造,包含9大工艺,60个设备,精密控制433个工艺参数。在这些工艺的基础上,小米SU7将以往需要72个零部件共同组成的车辆后地板,实现了一体化压铸。

事实上,尽管雷军和小米汽车对于其一体化压铸工艺进行了重点宣传,但实际放出的参数并不多。其中最引人关注的,便是“9100吨”这个数字和单位。

但从技术维度和指标上来看,衡量一套一体式压铸方案的指标其实包括但不限于以下几种:

1、锁模力,即压铸机能够提供的最大闭合力。这个数值直接影响到压铸件的尺寸大小和精度,对于车身这种大型结构件尤其重要。前文提到的“9100吨”,就是锁模力;

2、压射力,也就是压铸机向模具内注射熔融金属的力度。足够的压射力能够保证金属液体快速而均匀地填充模具以形成合格铸件,这个参数对于制造复杂形状的零件尤其重要;

3、压射速度,即金属填充模具的速度和时间,这对于产品内部结构的完整性和最终性能有着直接影响。较高的压射速度有助于减少模具腔室内气体的含量,并能够提升生产效率;

4、熔融金属容量和模具尺寸,这就决定了该压铸机上能够生产零件的最大尺寸。

当然对于小米汽车而言,以上这些参数恐怕大多都是商业机密。但从SU7目前只是在车身后地板的制造中使用一体化压铸就可以看出,小米选择的还是一个更加成熟和稳妥的方案,相比较全行业来说并没有“那么的惊世骇俗”。

“受制于此前压铸机对于吨位的限制,大多数车企都仅对车辆后地板进行一体化压铸制造,因为相对而言其和前舱部分相比,对功能性要求更低。”黄祥对笔者说道,“不过随着广东鸿图等企业12000吨乃至16000吨级压铸机的应用,整车制造的集成化程度还有望进一步提升。”

除此之外,笔者还比较好奇的是,小米汽车的一体化压铸机对于整车成本的降低能够起到怎样的作用。毕竟SU7作为一款起售价21.59万元的纯电动轿跑车,对于成本控制的要求要比30万元以上的电动车更高。

按照刘建勋的推测,9000吨级的压铸机价格约为1亿元,而整套压铸模具的成本为2000万元左右,制造周期为4 ~ 6个月,寿命约为8 ~ 10万模次。“在此基础上,小米如果能将生产良率控制在80%以上,那么将会对成本控制产生更大的增益。”

除此之外,小米汽车还声称其是“国内唯一拥有量产自研合金材料的汽车厂商”。该公司通过和国家级实验室的合作,“自研多元材料AI仿真系统计算超过1016万种配方。 经过1550次打样,最终筛选出高强度、高韧性、高流动性、低碳环保的小米泰坦合金。”

配方就在这里,有兴趣的朋友可以尝试逆向一下

当然了,鉴于材料科学的复杂程度,笔者显然不能对这款合金的实际性能进行评价。但也许是处于中二病晚期的缘故,笔者看着小米对于泰坦合金的描述,不由得想起了漫威宇宙中的一款虚构的外星金属——振金。

漫威人物“黑豹”所处的非洲国家瓦坎达,盛产振金,也能用于造车

对此,笔者最为好奇的是,这套一体化压铸方案生产的SU7,安全性到底如何。要知道,小米汽车在其官网对一体化压铸技术和其在SU7上的实际应用特地开辟了一个专区进行说明,但鉴于这款车还未开启大规模交付,因此中汽研和中保研等专业评级机构还没法对于这款车的安全性进行碰撞测试。

但在小米汽车公众号日前发布的一篇涉及车辆安全性的推文内容来看,该公司对此显然信心满满。

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写在最后:

在撰写这次的暗信号选题过程中,笔者不由得好奇一个问题:在造车的流程里,究竟一体化压铸能够登峰造极到什么程度?

对此,国内的滑板底盘厂商悠跑给出的回应是:对滑板底盘件实现一体化压铸。而按照锁模力公式——压铸件投影面积✖️铸造压力/1000=锁模力来计算,要实现对于整个底盘的压铸需要三万吨级的压铸机。

也就是小米汽车工厂压铸机锁模力的3倍有余,而当前拥有这种恐怖参数的机器还不存在。

不过悠跑的专家也告诉笔者,要突破压铸机锁模力吨位并不难,但当前的问题是行业并未实现足够的需求。从这个角度看,笔者倒是期待雷军和小米汽车能否开行业先河,在该公司后续车型上实现对于底盘的整体压铸。

这样的话,不仅小米汽车的结构强度和成本控制还能更上一个台阶,雷总的视频号数据也能往上翻几番了。