L’industrie automobile connaît une révolution manufacturière tous les quarante ans environ, et Tesla mène actuellement la nouvelle révolution. De la production à la chaîne de Ford à la production allégée de Toyota en passant par la production modulaire basée sur une plate-forme de Volkswagen, le leader de chaque révolution de la production automobile aura un net avantage dans la concurrence ultérieure sur le marché. Avec deux innovations technologiques importantes, le 4680CTC et le moulage sous pression intégré, Tesla mène une nouvelle révolution manufacturière dans l'industrie automobile.
- 4680CTC : Le pack batterie est intégré à la carrosserie du véhicule et directement connecté au siège. Le haut niveau d'intégration réduit le poids du véhicule de 10 %, augmente l'autonomie de croisière de 14 %, réduit le nombre de pièces de 370, réduit le coût unitaire de 7 % et réduit l'investissement unitaire de 8 %. Actuellement, le 4680CTC est produit en série dans l'usine d'Austin, au Texas.
- Moulage sous pression intégré : Après que le plancher arrière moulé sous pression intégré du modèle Y ait réduit le nombre de pièces de 70 à 1 à 2, l'application de la technologie a continué à se développer. La solution actuelle à l'usine d'Austin, au Texas, permet de réduire le nombre de pièces de plancher avant et arrière de 171 à 2, et de réduire le nombre de points de soudure de plus de 1 600.
De nouvelles forces et les équipementiers traditionnels suivent le moulage sous pression intégré :
De nouvelles forces :
- NIO s'associe à Wencan Co., Ltd. pour adopter un sous-châssis arrière moulé sous pression intégré pour l'ET5 ;
- Xpeng Motors s'associe à Guangdong Hongtu pour déployer les pièces structurelles intégrées du châssis 6800T ;
- Gaohe Automobile s'associe au groupe Tuopu pour déployer la très grande cabine arrière intégrée à carrosserie moulée sous pression, réduisant ainsi le poids de 15 à 20 %.
OEM traditionnel :
- Mercedes-Benz lance les derniers résultats de la recherche scientifique au monde - VISION EQXX. La rigidité de la partie arrière de la carrosserie est grandement améliorée et devrait réduire le poids de 15-20 % ;
- Volvo investira 10 milliards de couronnes suédoises dans son usine suédoise pour introduire de nouvelles technologies et de nouveaux processus de fabrication, notamment le moulage sous pression intégré.
Le châssis de skateboard est devenu un moteur important pour le développement à moyen et long terme du CTC et du moulage sous pression intégré. Le châssis du skateboard est l’une des technologies révolutionnaires les plus importantes de l’industrie automobile actuelle. Les technologies impliquées comprennent une carrosserie non porteuse, un châssis à commande filaire, un système d'entraînement électrique intégré et des modules intelligents hautement intégrés. De plus, l'amélioration de la densité énergétique masse/volume des batteries de puissance dans un espace limité est tout à fait cohérente avec la solution d'intégration du système de batterie CTC ; après une intégration élevée, la structure du châssis devient plus complexe et le moulage sous pression intégré peut mieux répondre aux besoins d'amélioration de la technologie du châssis.
Le poids élevé des véhicules à énergies nouvelles et l’augmentation de l’autonomie de croisière ont forcé le développement de véhicules légers. Par rapport aux véhicules à carburant de la même classe, le poids des modèles électriques purs est d'environ +19~32 %, et celui des modèles hybrides rechargeables est d'environ +12~18 %. Afin d’améliorer l’efficacité énergétique et d’étendre l’autonomie de croisière, le développement léger de véhicules à énergies nouvelles est devenu inévitable.
L'alliage d'aluminium est le plus rentable et le moulage sous pression à haute pression est plus efficace. Le remplacement de l'acier par de l'aluminium peut réduire le poids du corps en blanc d'environ 1/3, mais l'aluminium métallique a une conductivité thermique élevée, ce qui peut facilement causer des problèmes tels qu'une performance de soudage réduite et une contamination des électrodes par la couche d'oxyde sur le corps. surface en alliage ; un coefficient de dilatation thermique élevé peut facilement conduire à une déformation importante des pièces. Le moulage sous pression à haute pression présente un rendement élevé et une faible épaisseur de paroi des pièces traitées. Il s'agit d'une technologie de traitement efficace adaptée aux alliages d'aluminium. Le moulage sous pression intégré est basé sur le moulage sous pression à haute pression. Les pièces produites ne nécessitent pas de connexions internes supplémentaires et le processus est considérablement réduit. De plus, le taux d'utilisation des matériaux des déchets de moulage sous pression atteint 90 %, ce qui est bien supérieur aux 60 %-70 % des carrosseries en acier d'emboutissage et de soudage.
L'application du moulage sous pression intégré dans les automobiles peut être encore étendue. Nous pensons qu'en ajustant la résistance et le taux d'étirement, le processus de moulage sous pression sera appliqué à davantage de pièces structurelles et de pièces de revêtement. Davantage de pièces autres que le corps, telles que les moteurs et les boîtiers de batteries, pourront à l'avenir être fabriquées à l'aide du processus de moulage sous pression.
Les obstacles techniques aux moulages sous pression intégrés se reflètent principalement sous quatre aspects :
- Grande machine de moulage sous pression : le système est complexe et nécessite des exigences élevées en matière de théorie, d'expérience et de technologie de fabrication ; le cycle « conception-test-conception » est long et le coût en temps est élevé ; le coût est élevé et le coût du risque est élevé.
- Formule matérielle : L'alliage fondu doit avoir de bonnes propriétés rhéologiques, un faible retrait linéaire et une petite plage de températures de solidification. La clé est d’éviter le traitement thermique.
- Moule de moulage sous pression : le moulage sous pression a des exigences plus élevées en termes de température, de vide, de schéma de moulage, de paramètres de processus, de post-traitement, etc., et le moule est plus complexe.
- Méthode de traitement : les caractéristiques de remplissage du moule à grande vitesse peuvent facilement conduire à un échec de coulée, ce qui nécessite des exigences élevées sur tous les éléments du processus.
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 à 2~3, le nombre de points de liaison sera réduit et le coût sera réduit ; les heures de travail seront réduites de 2 heures à 180 s, et 5 machines de moulage sous pression seront capables de répondre à la capacité de production annuelle de 600 000 pièces.
La taille du marché des carrosseries intégrées moulées sous pression devrait dépasser 20 milliards de yuans en 2025. Calculés sur la base d'une ligne de production de plancher arrière de carrosserie d'une capacité de production annuelle de 500 000 pièces, les coûts de l'emboutissage traditionnel et le processus de soudage et le processus intégré de moulage sous pression s'élèvent respectivement à 630 millions de yuans et 480 millions de yuans. Le vélo à plancher arrière moulé sous pression intégré peut permettre d'économiser 300 yuans. Nous estimons que la taille du marché intégré des corps moulés sous pression devrait atteindre 21,5 milliards de yuans en 2025, avec un TCAC de 132 % de 2021 à 2025.
Tesla mène une nouvelle révolution manufacturière : 4680 CTC + moulage sous pression intégré
Dans l’histoire centenaire de l’industrie automobile, une révolution manufacturière se produit tous les quarante ans environ. De la production à la chaîne de Ford dans les années 1910, à la production allégée « multi-variétés et en petits lots » de Toyota dans les années 1950, en passant par la production modulaire et basée sur une plate-forme de Volkswagen dans les années 1980, les leaders de chaque révolution de la production automobile seront dans le futur. Occupez un net avantage dans la concurrence sur le marché.
Révolution manufacturière Tesla : moulage sous pression intégré 4680CTC+. La solution 4680CTC (CTV) de Tesla intègre la batterie dans la carrosserie de la voiture et la connecte directement aux sièges, réduisant considérablement le nombre de pièces et améliorant l'efficacité de la production d'assemblage. Les planchers avant et arrière intégrés moulés sous pression de la carrosserie du modèle Y bouleversent le processus traditionnel d'estampage et de soudage. Par rapport au processus traditionnel d'emboutissage et de soudage, il y a 169 pièces de moins et le coût est considérablement réduit. Selon les informations publiées par Tesla lors du Battery Day, en s'appuyant sur deux technologies révolutionnaires, le véhicule peut réduire le poids de 10 %, augmenter l'autonomie de 14 % et réduire le nombre de pièces de 370.
4680 CTC : la technologie des batteries Tesla a toujours été la référence en matière d'innovation industrielle
Tesla est à la pointe de l'innovation en matière de batteries électriques. Lorsque la Model S / Actuellement, la Model Y équipée de la solution CTC de 4680 cellules a été livrée. Au cours des dix dernières années, Tesla a continué à diriger le développement de l’industrie, tant dans le domaine des cellules que des packs de batteries.
4680 CTC : soyez le premier à annoncer des plans spécifiques et à diriger l'orientation technique de l'industrie
Tesla a divulgué un brevet appelé INTEGRATED ENERGY STORAGE SYSTEM en juin 2021, qui détaille la technologie d'intégration du système de batterie 4680 Structural Battery (CTC). Selon le contenu rendu public du brevet, nous pouvons avoir une compréhension directionnelle globale du Tesla CTC : le couvercle supérieur de la batterie est directement connecté à la structure du véhicule telle que le siège, devenant ainsi la structure du plancher de la cabine passagers ; les cellules sont remplies de matériaux en résine, Tesla estime que cela peut fournir une protection thermique d'une part et un support structurel pour le noyau de la batterie d'autre part ; par rapport à la solution « gros module », la solution CTC présente les avantages de réduire les pièces de support, de réduire le poids du véhicule, d'augmenter la capacité globale de la batterie.
4680 CTC : lancement officiel du modèle Y, l'usine du Texas commence les livraisons au premier trimestre
La solution CTC de Tesla peut augmenter l'autonomie du véhicule de 14 %, réduire les coûts unitaires de 7 % et réduire l'investissement unitaire de 8 %.
Dans le rapport financier du quatrième trimestre 2021 de Tesla, on peut voir que les travailleurs de la Texas Gigafactory ont directement connecté les sièges du modèle Y à la batterie 4680 CTC. La mise en œuvre du CTC améliorera considérablement l’efficacité de sa production d’assemblage final.
Moulage sous pression intégré : en commençant par Y, continuer à promouvoir l'avancement des carrosseries légères
Moulage sous pression intégré : disposition dédiée et avancées continues en recherche et développement
Tesla a déployé une machine de moulage sous pression à grande échelle de 6 000- tonnes, la GigaPress, dans ses quatre principales usines automobiles. Actuellement, l'usine de Shanghai a équipé cinq grandes machines de moulage sous pression pour la production des planchers arrière du modèle Y. L’usine du Texas vient de démarrer la production de masse en mars. Sur la base du plancher arrière du modèle Y, il a ajouté un moulage sous pression intégré du plancher avant (poutre longitudinale avant).
Le brevet d'alliage d'aluminium moulé sous pression intégré à la configuration, intitulé « Alliage d'aluminium moulé sous pression pour composants structurels », décrit un alliage d'aluminium à la fois solide et doté d'une excellente ductilité qui ne nécessite aucun traitement supplémentaire et peut réduire considérablement les coûts de production. .
Le système d'absorption d'énergie Tesla sera intégré au système de support. Le 5 juillet 2021, Tesla a déposé une demande de brevet pour des « pièces moulées intégrées absorbant l'énergie ». Ce système d'absorption d'énergie est largement utilisé dans les structures de collision automobile. Le système d'absorption d'énergie peut être intégré à une partie ou à la totalité de la structure de support via un processus de coulée unique, réduisant ainsi le besoin de processus tels que le soudage par points, le soudage continu, le rivetage, le boulonnage, le collage, etc.
Moulage sous pression intégré : les composants sont étendus jusqu'au plancher avant et le nombre total de joints de soudure est réduit de 1,600+
Le moulage sous pression intégré de Tesla s'étend jusqu'au plancher avant. Selon l'annonce de Tesla, en 2020, Tesla a annoncé le plan de plancher arrière intégré moulé sous pression du modèle Y, qui peut réduire le nombre de pièces de 70 à 1 ~ 2 ; le rapport financier du premier trimestre 2022 a annoncé le moulage sous pression intégré produit dans l'usine d'Austin, au Texas. Le plan de carrosserie peut réduire le nombre de pièces de plancher avant et arrière de 171 à 2 et réduire le nombre de points de soudure de plus de 1 600.
Moulage sous pression intégré : production de masse dans une usine du Texas pour accélérer l'application de la technologie
La machine de moulage sous pression Giga Press utilisée par Tesla est produite par Lijin Technology, et son espace au sol peut être économisé de 35 % par rapport aux équipements de production utilisant des procédés traditionnels d'emboutissage et de soudage. Selon les informations du rapport financier de Tesla, la Gigafactory de Shanghai dispose de cinq équipements de moulage sous pression à grande échelle pour la production, et le moulage sous pression intégré du plancher avant de la carrosserie du modèle Y (poutre longitudinale avant) à la Gigafactory d'Austin au Texas sera également en masse. -produit.
Les nouvelles forces de la construction automobile prennent la tête du suivi du moulage sous pression intégré
NIO et Wencan ont collaboré sur le plancher arrière intégré de la carrosserie moulée sous pression ET5. NIO ET5 utilise un plancher arrière intégré moulé sous pression. Le processus de moulage intégré réduit le poids du plancher arrière de la carrosserie de 30 %, tout en augmentant l'espace du coffre de 11 L. En novembre 2021, l'îlot de moulage sous pression ultra-large 6 000 T de Wencan a testé avec succès le moule, et le produit de plancher arrière d'automobile moulé sous pression intégré a été sorti avec succès de la chaîne de production.
Xpeng Motors s'associe à Guangdong Hongtu pour développer le moulage sous pression intégré. 1. À l'heure actuelle, Guangdong Hongtu est entré dans le système de support de Xpeng Motors, et les deux parties développent simultanément des pièces intégrées moulées sous pression. En janvier 2022, les pièces structurelles intégrées au châssis du Guangdong Hongtu 6800T sont officiellement sorties de la chaîne de production. 2. La base de Wuhan construira un atelier intégré de moulage sous pression. Le projet sera officiellement lancé en juillet 2021, couvrant une superficie d'environ 1 500 acres, avec une capacité de production prévue de 100 000 véhicules. Plus d'un ensemble d'îlots de moulage sous pression ultra-larges et de lignes de production automatisées seront introduits.
En février 2022, le très grand compartiment arrière intégré de la carrosserie moulée sous pression de Gaohe Automobile et Tuopu a été déployé. Les pièces structurelles ultra-larges produites par la machine de moulage sous pression 7200T mesurent respectivement près de 1 700 mm de longueur et 1 500 mm de largeur, permettant une réduction de poids de 15 à 20 % et raccourcissant l'ensemble du cycle de développement d'un tiers. En termes de matériaux, le matériau en alliage d'aluminium à haute résistance, résistant et sans chaleur du partenaire TechCast peut éviter des problèmes tels que la déformation dimensionnelle et les défauts de surface des pièces causés par le traitement thermique. Sa fluidité est de plus de 15 % supérieure à celle des matériaux du même niveau, et sa plasticité est de plus de 30 % supérieure, garantissant que la collision du véhicule et les autres performances ont atteint une dimension supérieure.
Les équipementiers traditionnels internationaux suivent le moulage sous pression intégré
Mercedes-Benz publie des résultats de moulage sous pression intégrés, améliorant considérablement les performances. Mercedes-Benz a lancé sa dernière réalisation de recherche scientifique - VISION EQXX - dans le monde. La plus grande innovation est l’application de composants structurels d’ingénierie bionique à l’arrière de la carrosserie et au sommet de la tour avant. L’ensemble de l’arrière de la carrosserie est constitué d’une pièce moulée indépendante et complète en alliage d’aluminium. Par rapport aux processus traditionnels, la rigidité de la partie arrière de la carrosserie est grandement améliorée et devrait réduire le poids de 15-20 %.
Volvo va introduire le moulage sous pression intégré. Volvo investira 10 milliards de couronnes suédoises dans son usine suédoise, où elle introduira de nouvelles technologies et processus de fabrication plus durables, notamment un processus de moulage sous pression intégré.
Le châssis de skateboard est devenu un moteur important pour le développement à moyen et long terme du CTC et du moulage sous pression intégré.
Le châssis du skateboard est l’une des technologies révolutionnaires les plus importantes de l’industrie automobile actuelle. Sa plus grande caractéristique est le découplage des carrosseries supérieures et inférieures, raccourcissant ainsi considérablement le cycle de développement du véhicule. Par conséquent, le skateboard doit être équipé d'une structure de carrosserie non porteuse et d'un châssis à commande filaire ; afin de faciliter le chargement, le châssis ne peut pas occuper trop d'espace vertical, et des systèmes de propulsion électrique intégrés tels que « trois en un » sont devenus nécessaires ; les modules intelligents hautement intégrés doivent être centralisés. Il est basé sur l'EEA et réalise le découplage du logiciel et du matériel ; il améliore la densité énergétique masse/volume des batteries de puissance dans un espace limité, ce qui est tout à fait cohérent avec la solution d'intégration du système de batterie CTC ; après une intégration élevée, la structure du châssis est plus complexe et le moulage sous pression intégré peut être plus adapté aux besoins d'amélioration de la technologie du châssis.
Ces dernières années, de nombreux fabricants nationaux et étrangers ont successivement lancé des châssis de skateboard auto-développés, et la technologie devient progressivement mature.
L’amélioration de la durée de vie des batteries des véhicules à énergie nouvelle oblige au développement de carrosseries légères
Les ventes de véhicules de tourisme à énergie nouvelle continuent de croître à un rythme élevé et devraient dépasser 5,4 millions d'unités en 2022. De 2018 à 2021, le volume des ventes de véhicules de tourisme à énergie nouvelle était de : 1,05, 1,06, 1,20 et 3,32 millions d'unités. respectivement; le taux de pénétration des véhicules de tourisme à énergies nouvelles en 2021 est de 15,5%. En mars 2022, le taux de pénétration des véhicules particuliers à nouvelles énergies a atteint 24,7 %, atteignant un nouveau sommet. Nous pensons que les ventes de véhicules de tourisme à énergie nouvelle dépasseront 5,4 millions d’unités en 2022.
Le poids des trois systèmes électriques des véhicules à énergies nouvelles augmente considérablement. Par rapport aux véhicules à carburant, les véhicules à énergie nouvelle ont moins de moteurs et de systèmes de transmission, mais comme la densité énergétique de la batterie (environ 0.1-0,3 KWH/KG) est inférieure à celle du carburant (au-dessus de 12 KWH/KG). ), le poids du système triélectrique augmente considérablement. Nous avons sélectionné différentes versions de puissance de plusieurs modèles sous plusieurs marques pour comparer et calculer le poids à vide. Par rapport à la version essence, le poids de la version électrique pure a augmenté d'environ 19 % à 32 %, et le poids de la version hybride rechargeable a augmenté d'environ 12 % à 18 %.
La demande d’une autonomie améliorée a forcé le développement de véhicules légers. Par rapport aux véhicules à carburant traditionnel, les véhicules à énergie nouvelle sont plus lourds, ce qui affecte sérieusement leur autonomie de croisière.
L’allégement automobile peut améliorer considérablement les performances des véhicules à énergies nouvelles, principalement en termes de protection de l’environnement, d’utilité, de puissance, de sécurité et de freinage.
L'alliage d'aluminium est actuellement le matériau léger le plus rentable pour les carrosseries automobiles.
L’allègement des automobiles est principalement obtenu grâce à l’utilisation de matériaux légers. Les principaux moyens de réduire le poids des véhicules comprennent la conception d’optimisation structurelle, l’application de matériaux légers et la technologie de traitement et de fabrication légère. Parmi elles, les principales mesures actuelles d’allègement de l’automobile concernent principalement l’utilisation de matériaux légers.
Parmi les divers matériaux légers, l'alliage d'aluminium présente le rapport coût-performance le plus élevé. Comparé à divers alliages métalliques et matériaux composites, l'alliage d'aluminium présente des avantages évidents en termes de performances, de densité et de prix, et constitue le matériau léger le plus rentable.
La technologie de connexion, les performances et la taille des composants structurels limitent l'application de matériaux en alliage d'aluminium dans les automobiles.
Le processus de fabrication d’une carrosserie en alliage d’aluminium est bien plus complexe que celui d’une carrosserie en acier. Si un alliage d'aluminium est utilisé à la place de l'acier, le poids de la carrosserie en blanc peut généralement être réduit d'environ 1/3. Prenons l'exemple de l'Audi A8. Grâce à sa carrosserie entièrement en aluminium, le poids de la carrosserie en blanc n'est que de 215 kg. Cependant, la conductivité thermique élevée de l'aluminium métallique peut facilement causer des problèmes tels qu'une performance de soudage réduite et une contamination des électrodes par la couche d'oxyde sur la surface de l'alliage. De plus, le coefficient de dilatation thermique élevé de l’aluminium peut facilement entraîner une déformation importante des pièces. Toujours en prenant l'Audi A8 comme exemple, sa fabrication de carrosserie nécessite 14 types de procédés de connexion dont le soudage MIG, le soudage laser à distance, etc. La complexité du processus est bien supérieure à celle de la carrosserie en acier blanc, qui est principalement du soudage par résistance. .
Les pièces structurelles de carrosserie ont des exigences de performance élevées et la perméabilité des matériaux en alliage d'aluminium est limitée. Habituellement, les pièces structurelles du corps sont de grande taille, de structure complexe et l'épaisseur de paroi n'est généralement que de 2-3 mm. Ils doivent avoir un allongement et une résistance élevés pour répondre aux exigences de performances de sécurité (tests de collision) et aux exigences de connexion des pièces. Avec les percées dans les technologies clés telles que les processus/matériaux/équipements, le taux de pénétration des pièces structurelles de carrosserie en alliage d'aluminium devrait continuer à augmenter.
La technologie du moulage sous pression continue de progresser et d'innover
Le procédé de moulage sous pression est né en 1885 et a été utilisé pour la première fois dans l'industrie automobile en 1904 sous la forme de roulements de bielle moulés sous pression. Les machines de moulage sous pression ont connu des avancées technologiques telles que le moulage sous pression pneumatique, le moulage sous pression en chambre froide et le moulage sous pression à double poinçon. Actuellement, l'équipement de moulage sous pression s'est développé en un îlot de moulage sous pression avec la machine/le moule de moulage sous pression comme noyau et assisté par d'autres équipements périphériques.
Le moulage sous pression à haute pression est une technologie de traitement efficace adaptée aux matériaux en alliage d'aluminium.
Le moulage sous pression à haute pression est une technologie de traitement efficace adaptée aux matériaux en alliage d'aluminium. Le moulage sous pression est principalement divisé en moulage à haute pression, moulage à basse pression, moulage à pression différentielle, etc. Parmi eux, le moulage à basse pression et le moulage à pression différentielle sont principalement utilisés dans les domaines du moteur et du châssis, tandis que le moulage à haute pression est de plus en plus utilisé. utilisé dans les carrosseries automobiles en raison de son rendement élevé et de la faible épaisseur de paroi des pièces traitées, et constitue une direction importante pour l'avenir.
Le moulage sous pression est divisé en moulage sous pression en chambre froide et moulage sous pression en chambre chaude : le moulage sous pression en chambre froide est principalement utilisé dans la fabrication de grandes pièces, telles que des pièces automobiles, des composants de refroidissement de stations de base de communication, etc. Le moulage sous pression en chambre chaude est largement utilisé dans la production de petits produits électroniques ou de produits 3C, tels qu'un connecteur USB, une mallette pour ordinateur portable, etc.