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电动汽车崛起引领机床产业新布局,打造新一代汽车零部件

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-07-21  浏览次数:59

电动汽车行业影响机床发展

机床行业在汽车领域的应用约占35~40%,电动汽车的发展趋势将给机床行业带来变革。电动汽车与燃油汽车相同的是,整体架构由动力、车身和底盘系统组成。两者最大的区别在于动力系统。虽然电动车对发动机和进排气相关零部件的需求逐渐减少,但对被替换的三电系统(电机、电池、电控)的需求却大大增加,为机床创造了新的发展机遇。在从燃油汽车、混合动力汽车、插电式混合动力汽车向电动汽车发展的过程中,对功率部件——电机的加工需求将逐渐增加,其中车床、冲床、铣床应用最多。电机所需的绕线工艺将为相关机械设备创造机会。预计绕线工艺相关机械设备的资本支出将从2020年的2亿美元增长到2030年的6亿美元。对电池的需求增加,车床和铣床主要用于加工。电池芯所需的堆叠(层压)工艺是一个新的加工商机。据估计,与层压工艺相关的机械设备的资本支出将从2020年的5亿美元增长到2030年的每年14亿美元。在将传动部件部分转换为电动汽车的过程中,变速箱、齿轮等相关部件仍然存在,加工需求主要是铣床、车床、磨床/镗床。

1.电机和传动

电动汽车的动力系统比燃油汽车简单。与传统的发动机结合变速箱的车型不同,电动汽车即使没有变速箱,也只需单速传动比结合电机变速即可完成动力传递和高低速转换要求。其中,作为电机的动力源,内部定子和转子的硅钢片数量有所增加。硅钢片采用的工艺是冲压。冲压模具需要相关的刀具加工工艺,以及传动部分所需的齿轮和外壳。这会创造一系列相关行业需求商机。随着电动汽车的日益普及,多速传动比的应用可能让变速箱的应用再次得到发展。通过变速箱的多档传动比变化,动力传递效率优于单档传动比,使电机保持高速运转。转速的能耗和高低速不同场景的需求,有望提升电动汽车的高低速性能和更好的续航能力。

  电池组是电动汽车的关键核心部件,约占整车成本的35%-40%。搭载在车辆上的电池组在续航要求下体积庞大,上盖、外壳、底座、保护罩都是高加工要求。部件由铝合金和高强度钢板制成,重量轻。预计到2030年,锂离子电池的年需求量将超过2.8TWh(太瓦时),相当于80家TESLA超级工厂的年总产量,是目前需求量的7倍。综合加工机、冲床等应用将同步推广。

电动汽车崛起引领机床行业新布局

由于世界各国政府大力推动碳中和和燃油车禁售相关政策法规,以及国际汽车制造商产品规划的变化,全球电动汽车行业应用加速. 传统燃油车已向纯电动车发展。最大的不同是电机代替了发动机(包括变速箱),电池系统代替了燃料作为能源。尽管不再需要发动机、变速箱和进气和排气系统的加工需求,但电机、电池外壳和齿轮的加工需求仍然很高。此外,未来的机床行业还需要采用冲压、压铸、层压等加工方式。电动汽车零部件的制造趋势,包括电机零部件的高效自动化生产、电池和功率模块的自动化生产、减速机制造等,铝合金零部件和复合材料零部件的应用加工电动汽车轻量化需求的增加将增加非传统加工技术(水射流、超声波、激光、层压制造等)的应用,开发机床装备新技术,带动相关制造自动化和模块化生产需要。展望未来,全球机床行业的市场发展趋势瞬息万变,已经从大批量生产模式转变为小批量、多样化、柔性化生产。满足定制化生产需求。因此,随着电动车的兴起,机床装备将向复合化、多任务化、大型化发展。通过智能技术增值,并结合虚实融合,抖动抑制、热位移控制、3D实时仿制、干涉检测功能、语音界面、机器加工状态监控、生产数据可视化和预测性维护监控系统的最新技术。

汽车产业结构调整与零部件产业转型

电动汽车使用电动机和动力电池代替原来的(汽油或柴油)发动机和燃油系统作为电动汽车的动力来源。进气/排气系统或供油系统、变速箱、液压装置、倍增器、主缸和转向系统等部件都属于传统的内燃机。两者均由电子元件代替,控制启动、运行、停止、加减速等。电动汽车在传统汽车现有的悬挂系统、车身、轮胎等装置上增加了减震弹簧、减震器、悬挂臂、电动空调系统、高压线组等部件。汽车系统随着电子化趋势的发展向电动化方向发展,动力电池、电动机等电子元器件在汽车总成本中的占比显著提升。并且原厂发动机、变速箱等燃油系统在整车成本中的比重逐渐下降。动力电池在电动汽车成本中占比最高(40~50%),其次是驱动系统。成本比例由原来传统内燃机的22~24%降低到10~20%。其中,电动汽车使用电动机、电动机驱动器、车辆控制器、传动机构和传动轴、冷却系统来替代现有的发动机、辅助设备、传动机构和排气系统。电动汽车的其他成本包括车身外壳、底盘和其他部件。由于电动汽车从传统(内燃机)汽车中衍生出许多新的控制器、动力电池、动力元件或动力转换模块,形成了整车及零部件产业结构调整的现象。

•使用轻质材料,如低密度铝及铝合金、镁铝合金、工程塑料或碳纤维复合材料等,并用高强度钢板代替普通钢材,以减少钢板的厚度

•采用激光拼焊、液压成型、铝合金低压铸造、半固态成型等先进制造技术。

电动汽车系统由车身、底盘、动力机构、悬架、轮胎、电池组、转向机构、制动机构、电动机、空调等系统部件或模块组成,其中车身和底盘占电动汽车。总重量约为总重量的2/3。轻量化电动汽车的重点在于车身和底盘部件的设计和制造。车身和底盘的轻量化有助于减轻电动汽车的重量。电动汽车的轻量化可以通过车身结构的设计、轻量化材料的应用以及制造技术来实现。轻型电动汽车专注于:

•轻量化基于提高电动汽车的性能和安全性。

越来越多的电动汽车部件使用 CFRP(碳纤维增强聚合物/塑料)。由于重量轻、机械强度大等特点,全球各大汽车厂商都在争相开发试产。目前,碳纤维复合材料正在开发并应用于汽车零部件领域,包括:车身、底盘、车顶、车门、气缸盖、发动机罩、后扰流板、扰流板、中控台、装饰条、仪表板、传动轴、特殊传动系统、座椅、座垫、尾翼、后视镜壳、车架悬臂、导流罩、A柱、遮阳板、散热器护板、侧护板、踏板、辅助保险杠等车身、内饰件、外饰件等。汽车零部件行业已经发展成为跨国企业,参与全球化竞争。来自世界各地的消费者对汽车零部件的要求是多样化的,零部件的发展趋势是要求各方面的性能持续不断的创新。安全性、可靠性、污染物排放、油耗/碳排放、设计实用性等方面需要不断改进。汽车行业经过100多年的发展,开发创新产品的难度不断加大。制造商在汽车零部件的研发上投入了大量资金。车厂必须承受零部件制造、管理、营销、售后、库存等巨大的成本压力。零部件模块化的概念逐渐被汽车制造商开发和应用。产品平台衍生的组件模块化开发是应对激烈市场竞争的必要手段。大众提出模块化战略并实施MQB平台产品开发计划,汽车零部件的模块化开发将成为未来汽车行业研发制造的趋势。此外,电动汽车的集成技术展示了汽车产业的未来发展。由于电动汽车的结构省略了传统的发动机、变速箱、传动轴等复杂的机械部件或系统,因此更容易在整车设计中引入模块化的概念。

引进先进制造业具有以下含义:

•降低生产和材料成本,增加附加值

•提高汽车零部件供应体系的效率,提高服务质量

•配合智能化生产,缩短设计开发时间,缩短上市时间

•创造新一波就业机会

•推动跨界融合,创造价值。


 
 
 

 
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