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【行业洞察】揭秘锻造轮毂:轻量化、节能与安全首选

来源:九方智投 2024-04-16 19:47
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锻造轮毂因其高强度、轻量化、良好的散热性能、高安全性和可塑性等优点,在汽车行业中被广泛应用,尤其是在追求高性能和高安全性的车辆中。与市场上其他类型的轮毂相比,锻造轮毂的优势在于其高强度、轻量化以及良好的抗蚀性。目前,在我国商用车整车配套市场仍有90%的车轮是钢制车轮,随着节能减排的环保压力越来越大,商用车中主要使用的钢制车轮存在被替代的需求。

宏鑫科技主营业务为汽车锻造铝合金车轮的研发、设计、制造和销售,主要产品包括商用车车轮和乘用车车轮,是国内较早开始应用锻造工艺生产汽车铝合金车轮的高新技术企业。2021年度公司锻造铝合金车轮产量为78.78万件,超越全球最大铝合金锻造轮毂工厂之一巧新科技超12万件,位居行业前列。宏鑫科技本次公开发行募集资金总额为人民币3.936亿元,用于年产100万件高端锻造汽车铝合金车轮智造工厂及研发中心升级项目。

公司产品已直接配套豪梅特、东风柳汽、陕西重汽、比亚迪、中车时代等国内整车制造商或一级供应商。2022年公司被浙江省经济和信息化厅授予浙江省专精特新中小企业,2023年公司被工信部授予国家级专精特新“小巨人”企业,并通过高新技术企业重新认定。截至2023年6月30日,公司已获得44项授权专利,包括5项发明专利和31项实用新型,具备较强的技术创新能力。

1.主营范围和行业地位:

国内汽车铝合金车轮生产工艺仍以铸造为主,锻造工艺普及率不高,与发达国家存在明显差距。与铸造工艺产品相比,锻造铝合金车轮具有轻量化、强度高、节能减排、行驶平顺性好、舒适性高等特性。同时,随着环保要求的提高和汽车轻量化的发展趋势,锻造工艺在我国铝合金车轮生产和应用方面的作用、地位将越来越高。

公司在成立之初即投身于锻造工艺产品的研究和开发,是国内较早开始应用锻造工艺生产汽车铝合金车轮的企业,具有丰富的锻造铝合金车轮研发和制造经验,在我国商用车市场成功打破国外品牌对锻造铝合金车轮垄断的局面。经过十余年的技术积淀,公司已经掌握汽车锻造铝合金车轮中模具设计、高速精密加工和表面去应力技术等多类核心技术。

公司依托持续的自主研发,通过对锻造铝合金车轮生产工艺的创新和改进,使铝合金车轮具备了较高密度的金相组织和良好的机械性能,提升了铝合金车轮产品的品质,降低了铝合金车轮因外力因素产生形变或开裂的风险,增强了铝合金车轮的安全性,延长其使用寿命。

(1)公司掌握的锻造工艺技术属于行业先进技术路线。

锻造工艺能够克服铸造工艺先天存在的缺陷。

锻造铸造

锻造铝合金车轮在生产过程中由于铝块经过不断冲压,在成型之后材料会变得非常紧密,在相同尺寸相同重量的条件下可以承受更大的压力,产品各部位的性能基本一致。将熔化的铝水浇铸在模具中,待其冷却成型后再经过旋压、热处理、机加工制造而成。锻造则是采用大吨位锻压机将加热软化的铝块置于锻造模具内锻压成型,再经过旋压、热处理、机加工制成。

铸造铝合金车轮在浇铸过程中出现铝液氧化卷气,在车轮局部存在氧化杂质、空洞等先天性缺陷,在冷却凝固成型过程中,由于金属的凝固收缩特性,存在车轮局部位置疏松等先天性缺陷,而且一般由于安装面部分是最后凝固的区域,安装面的性能通常低于其他部位,存在产品各处机械性能不一的状况,进而降低了产品的整体性能。

锻造和一体化压铸各有优点应用细分部件不同。

锻造是一种利用压力改变金属坯料形状的加工工艺。在锻造过程中,金属坯料在压力作用下发生塑性变形,晶粒结构被压实和细化,从而提高材料的密度和机械性能。锻造通常分为以下几种类型:

开放模锻造(自由锻造):坯料在两个平行或简单形状的模具之间锻造,不完全受模具限制。

闭模锻造(模锻):坯料在两个或多个预先成形的模具之间锻造,模具闭合时施加压力。

压力锻造:使用液压或机械压力机对金属坯料进行锻造。

精密锻造:通过精确控制锻造过程,生产出接近最终形状的零件,减少后续加工量。

一体化压铸:一体化压铸是一种金属铸造工艺,它通过将熔融金属注入预先设计好的模具中,使其冷却和凝固成型。与锻造相比,压铸通常用于生产形状复杂、尺寸精确的零件。

一体化压铸的特点包括:

高生产效率:压铸机具有快速充填模具和冷却凝固的能力,适合大批量生产。

复杂形状:可以生产出内部结构复杂、难以通过锻造或机械加工实现的零件。

良好的表面质量:压铸件通常具有较好的表面光洁度,有时可以直接用作最终产品。

材料利用率高:压铸过程中材料损失少,提高了材料的利用率。

一体化压铸通常用于生产汽车、航空、电子和消费品等行业的零件。随着技术的发展,一体化压铸工艺也在不断改进,例如采用热流道系统和真空辅助压铸等技术,以提高产品质量和生产效率。总的来说,锻造和一体化压铸各有优势,选择哪种工艺取决于零件的设计要求、生产批量、成本考虑以及最终应用的特定需求。

(2)效率优势——锻造工艺在锻造与旋压工序具有明显比较优势锻造工序方面,由于铸造存在将铝液从液态冷却凝固至固态的过程,一般需要二至三分钟,因此单条铸造线日产能不超过300只,而单条锻造线日产能不低于900只。

(3)技术优势——核心技术具有先进性。A、表面去应力技术;(公司该核心技术提升产品抗疲劳性20%以上),B、镜面抛光技术(产品表面光泽度已从原来的>1,200gu提升到>1,500gu。),C、热喷涂能源防磨损技术(延长轮圈使用寿命60%以上),D、覆盖成膜技术(使用特定配方纳米材料涂层,该涂层可使产品

保持原有的光泽,同时具有自清洁、易清洗、耐腐蚀、抗氧化特点)。

公司锻造铝合金车轮产品在行业内具有比较优势。

公司客户:长期以来,公司凭借制造工艺、技术实力、产品质量等方面积聚的优势,产品已经累计销往美国、澳洲、加拿大、日本等数十个国家和地区,在国内外积累了大量优质客户资源。公司部分客户(含终端客户)的基本情况如下:

原料价格波动影响公司毛利率

经过30多年发展,我国已成为世界铝合金车轮制造大国,铝车轮质量协会数据显示,2020年我国铝合金车轮产量为1.61亿只。根据中国汽车工业年鉴(2018年版)的统计数据,截至2017年底,我国汽车铝合金车轮生产企业共计200余家,并集中分布在江苏、浙江、山东、广东和河北等地。其中,中信戴卡、立中集团、万丰奥威、今飞凯达等龙头企业年产量均超过1,000万件,占据全行业50%以上的市场份额,聚集效应明显。

市面上的轮毂99%是铸造轮毂,只有高端性能车型,才会使用高端的锻造轮毂,这不单单是为了更美观和轻量化,也是为了更安全。

锻造轮毂与原厂铸造轮毂相比:

1、坚固耐用更安全。锻造铝圈比铸造铝圈强度大1-2倍,是一般铁圈的4-5倍,所以更加坚固耐撞,韧性与抗疲劳强度也都显著优于铸造轮毂,不易粉碎断裂,安全性更强。

2、轻量化更省油。和铸造相比,同尺寸的锻造轮毂在重量上可以轻20%左右,而轮上轻1KG,就可以提升10匹马力。另外轻量化也使得悬挂的反应速度也有了明显的提升,悬挂系统反应速度更快,处理路面坑洼自然更加游刃有余,颠簸感大大降低。

3、省油、散热性能好。根据日本实验,5座的轿车重量每减轻1kg,一年约或节省20L汽油,而美国汽车工程师学会发表的研究报告指出,锻造轮毂虽然比一般铸造轮毂贵,但是从长远来看,汽车行驶到达1-3万公里就能将成本收回。另外锻造轮毂散热效果更好,长途高速行驶之时,可以使刹车鼓及轮胎不易老化,增加寿命,降低爆胎的机会。

4、操控性能更好。升级锻造轮毂在不影响转向及装车的情况下,增加了轮毂宽度,使车辆加速、刹车和弯道上的灵敏度都会有比较明显的提高,不论是从静止到起步,还是行驶中加速,都会明显感觉更轻快,弯道中不论入弯还是出弯,车子都会明显感觉脚下轻盈。

5、更美观。因为锻造轮毂结构紧密,能承受高应力,因此在造型设计上,它可以设计出一些比较活泼的细条辐,设计的自由度也高,能够根据车主需求设计出适合客户汽车整体外观的轮毂,使爱车更具个性化。

锻造轮毂因其高强度、轻量化、良好的散热性能、高安全性和可塑性等优点,在汽车行业中被广泛应用,尤其是在追求高性能和高安全性的车辆中。与市场上其他类型的轮毂相比,锻造轮毂的优势在于其高强度、轻量化以及良好的抗蚀性。

铸造铝合金轮毂虽然在重量上较钢制轮毂轻且强度高,但韧性不足,在遇到强力冲击后容易损坏。而锻造轮毂则因其制造过程中的特殊工艺,能够提供更高的强度和更好的抗蚀性,这对于提高车辆的加速、减速、过弯性能以及降低油耗等方面都有显著优势。

锻造轮毂的优势主要包括以下几点:

1.高强度和耐撞性:锻造轮毂的强度极高,比铸造铝圈的强度要大1到2倍,甚至是一般铁圈的4到5倍。这使得锻造轮毂在碰撞中表现出更高的坚固性和耐撞性。这意味着锻造轮毂更加坚固耐用,能够承受更强的冲击力,不易发生粉碎或断裂。此外,锻造轮毂在韧性与抗疲劳强度方面也显著优于铸造轮毂。

2.韧性和抗疲劳强度:锻造轮毂的韧性和抗疲劳强度显著优于铸造轮毂,不易粉碎或断裂,从而提供了更高的安全性。在日本JWL测试中,模拟一辆货车以超过50公里的速度撞向路边石,相当于910公斤的重量从高处跌下撞向轮胎与车轮,锻造车轮仅受到轻微损坏。相比之下,铸造轮毂虽然材质较软,韧性相对较佳,但在遭受相同冲击力道时,可能只是变形而不是真正的断裂损伤。

3.重量轻:相比传统的铸造轮毂,同尺寸的锻造轮毂在重量上可以轻20%左右。轮上每减轻1KG,就能提升10匹马力,这不仅提升了车辆的加速性能,还有助于节省燃油。

3.散热性能好:锻造轮毂具有良好的散热性能,这对于保持发动机冷却、提高车辆性能和延长轮胎寿命都非常重要。

4.可塑性强:锻造轮毂的可塑性强,这意味着它们可以根据需要进行更多的定制和调整,以适应不同的车辆和驾驶需求。

5.省油:由于锻造轮毂的重量轻和散热性能好,它们有助于减少车辆的能量消耗,从而节省燃油。

6.抗蚀性好:锻造轮毂还具有良好的抗蚀性,这意味着它们能够更好地抵抗外界环境中的腐蚀因素,延长使用寿命。

7.尺寸精确:锻造过程允许对轮毂的尺寸进行精确控制,确保安装和使用时的兼容性和准确性。

8.抗蚀性:通过固体到固体的变化过程,如拍、压、锻等手段形成轮毂样式,这个过程中不会发生液相变化,因此其力学性能比铸造轮毂要高,具有更高的强度和抗蚀性。此外,锻造铝合金轮毂的工艺特点还包括对原材料的选择,不同的原材料会影响锻造轮毂的抗蚀性、抗疲劳性、塑性和焊接性。

锻造轮毂与传统铸造轮毂相比技术或材料差异:锻造轮毂重量轻,主要是因为其制作工艺和材料的特性。锻造轮毂的制作过程包括将固体合金通过高压(几千吨甚至上万吨的压力)的方式锻压成轮毂的形状。这种高压锻压的过程使得合金之间的分子更小、间隙更细、密度更高,从而在使用较少原料的情况下就能达到足够的刚性,整体重量也相应减轻。此外,锻造轮毂的金属分子排列非常紧密,具有更高的抗疲劳能力、抗冲击能力和强度。与传统铸造轮毂相比,锻造轮毂在技术或材料上的差异主要体现在以下几个方面:

制作工艺:锻造轮毂是通过高强度锻压而成,而铸造轮毂则是通过铸造的方式制成。锻造轮毂的制作过程中,合金经过多次高压撞击,使得合金之间的分子更小、间隙更细、密度更高。

材料特性:锻造轮毂的金属分子排列非常紧密,这使得锻造轮毂具有更高的抗疲劳能力、抗冲击能力和强度。相比之下,铸造轮毂的金属分子排列相对松散,金属颗粒比较大,断面粗糙度强,因此其抗疲劳性、抗冲击性和强度相对较低。

重量和性能:由于锻造轮毂的这些特性,相同尺寸和款式的锻造轮毂通常比铸造轮毂轻2-3公斤左右。这种轻量化不仅提升了加速性能,还减低了簧下质量,改善了悬吊反应和行路质量,同时提升了刹车性能。

锻造轮毂的散热性能可以提升车辆稳定性、减少爆胎风险以及通过轻量化设计间接提升的性能。与铸造轮毂相比,锻造轮毂在实际应用中提供了更好的散热效果和更高的整体性能,尽管这伴随着更高的成本和更复杂的制造过程。长途高速行驶时,良好的散热性能可以确保车辆在长时间运行下的稳定性。此外,锻造轮毂由于其轻量化设计,不仅减轻了汽车的重量,还通过提高悬挂系统的反应速度和处理路面坑洼的能力,间接提升了散热性能。与铸造轮毂相比,锻造轮毂在制造工艺上更为复杂,成本和时间耗费也更高。这种复杂的制造过程使得锻造轮毂在金属特性上,如韧性、抗冲击力、强度和承载能力方面相对更高。这些特性不仅影响到散热性能,还关系到轮毂的整体耐用性和安全性。

锻造轮毂的可塑性强:

多样化的表面处理工艺:锻造轮毂能够根据车型的特征和需求进行定制多样化的轮毂表面处理工艺。根据不同的车辆类型和驾驶需求,设计出具有特定外观或功能的轮毂。

个性化定制:由于锻造轮毂是在数控机床上铣出来的,在制造过程中无需注模,因此可以进行丰富的个性化定制。甚至可以利用一张图片,通过将关键数据输入电脑进行设计,完成一套锻造轮毂的制造。这种高度的定制化能力使得锻造轮毂能够满足不同车主对于轮毂外观和性能的特殊要求。

技术和结构上的区别:锻造轮毂可以分为一片式锻造轮毂和多片式锻造轮毂,它们在技术和结构上都有所区别。

根据不同车辆和驾驶需求进行定制的方法包括:对于需要更高强度和耐撞性的车辆(如赛车或SUV),可以选择一片式锻造轮毂,因为它们通常具有更高的强度和安全性。

外观设计:利用锻造轮毂的个性化定制能力,可以根据车主的喜好和车辆的整体风格,设计出独特的轮毂外观。这不仅提升了车辆的美观度,也可能影响到车辆的空气动力学性能。

性能优化:通过创成式设计、仿真验证筛选和拓扑优化,可以定制化轮毂方案,保证了外观的多样新颖的同时,满足不同工况下性能要求,实现更为轻量化的优点。

锻造轮毂的可塑性强表现在其能够提供多样化的表面处理工艺、高度的个性化定制能力以及技术和结构上的灵活性。根据不同车辆和驾驶需求进行定制时,可以通过考虑车辆类型和用途、外观设计和性能优化等方面来实现。

中国锻造轮毂正在受到重视并有望迎来发展。全球锻造铝合金轮毂市场规模在2022年达到了327.1亿元人民币,并预计将以5.75%的年复合增长率增长至2028年的459.63亿元人民币。

AI的应用也为锻造汽车轮毂行业带来了革命性的变革和创新,提升了生产效率和产品质量,为企业带来了更多的商业机会和发展空间。

通过引入先进的生产技术和设备,如AI、5G、大数据、激光焊接、机器人技术以及自动化生产线等,显著提升了锻造汽车轮毂行业的生产效率和产品质量。这些创新不仅优化了生产流程,减少了对人工经验的依赖,还提高了产品的性能和可靠性,为汽车轮毂行业的发展提供了强有力的技术支持。

通过引入AI、5G、大数据等技术,可以实现对生产流程的实时、精确检测和自主学习,从而持续优化知识图谱,沉淀工艺经验,减少对人工经验的依赖,显著提高生产效率和产品质量。例如,中信戴卡技术团队研发的数智化轮毂生产线系统就是一个典型的应用案例。激光焊接技术作为汽车轮毂制造领域的创新技术,以其高效率的生产特点,满足了汽车设计对轻量化、高强度和精准性的要求,进一步提升了产品质量。此外,"四维制造"技术的应用,如全自动连续化锻铝轮毂生产线,不仅实现了生产成本的降低超过30%,设备综合效率提升21%,还显著降低了产品不良率并缩短了交付时间。

机器人轮毂夹爪技术的引入,通过实现批量生产和按照预设程序完成任务的能力,不仅提高了生产效率和质量,还避免了因劳累或疲劳导致的生产问题。同时,自动化生产线的应用,如铜川铝圈的案例所示,能够提高生产效率、减少生产成本、提升产品质量,技术创新为其奠定了坚实的研发基础。

锻造铝合金车轮的成本较高是其面临的一个挑战。尽管如此,随着技术的进步和生产效率的提高,以及市场对高性能轮毂需求的增加,这一挑战有望得到缓解。此外,锻造定制的个性化市场需求正在迎来重要的发展机遇,这表明市场对于个性化和高性能轮毂的需求正在增长。

锻造铝合金车轮的成本较高主要由以下几个因素造成:

原材料成本:铝合金的密度比钢制车轮低,但其生产过程中的耗能较大、污染较大,这导致了铝合金车轮的制造成本和价格较高。此外,燃料成本、铁矿和铝土矿的供应等因素也会影响钢和铝的价格,尽管钢通常比铝便宜,但铝的成本昂贵主要是因为提取过程中使用了大量的电力。

生产技术难度大:与传统的低压铸造铝合金车轮相比,锻造铝合金车轮的生产难度较大,这直接导致了生产成本的增加。锻造工艺相比铸造工艺更为复杂,需要更高的技术水平和设备投入。

市场接受度:虽然锻造铝合金车轮在性能上具有优势,如能显著减轻汽车重量,提高加速性能并降低油耗,但高成本可能会影响其市场接受度。特别是在成本敏感型的消费者中,高成本可能会成为限制其普及的一个重要因素。

未来降低成本的技术或策略可能包括:

技术创新:通过研发更高效的锻造技术和设备,提高生产效率,减少能源消耗和材料浪费,从而降低单位产品的生产成本。

精益化管理:实施精益化的成本管理,加强对产品成本的控制,以尽可能低的资源消耗创造更高的经济效益。这包括优化生产流程、提高原材料利用率等措施。

规模化生产:随着下游行业的发展速度加快,铝合金车轮产量的不断增长可能会带来规模效应,从而降低单位产品的生产成本。

新材料的研发:探索和开发新型轻质高强度的铝合金材料,以减少对传统材料的依赖,进一步降低成本。

公司核心技术涵盖铝合金车轮生产的整个工艺流程,报告期内,公司铝合金车轮收入占主营业务收入的比例分别为92.26%、94.07%、93.50%和90.64%。

受益于汽车零部件采购全球化,我国凭借成本优势和产业配套优势,承接了包括铝合金车轮在内的关键零部件制造,目前已成为全球最大的铝合金车轮制造中心,产销量连续多年居世界第一位。根据铝车轮质量协会公布的数据,2020年中国铝合金车轮的产量为16,113万件,同年公司锻造铝合金车轮产量为58.41万件,据此推算公司产品市场占有率约为0.36%。

2020年,中国约有500-600个铝合金车轮供应商,包括制造商及出口铝合金车轮的贸易公司,中国铝合金车轮市场竞争十分激烈。据中商产业研究院研究报告显示,2020年,按出口量划分的前十大生产商的销售额共占市场份额的51.2%。

在竞争激烈的市场中,多数铝合金车轮生产商倾向专注特定客户群,尤其是国内外市场的汽车生产商或汽车售后零件转售商。从铝车轮出口额来看,报告期内,公司市场占有率分别为0.54%、0.75%、0.99%和1.26%,持续稳步上升,公司海外市场拓展迅速。

目前,在我国商用车整车配套市场仍有90%的车轮是钢制车轮,随着节能减排的环保压力越来越大,商用车中主要使用的钢制车轮存在被替代的需求。从汽车行业内部结构看,世界各国鼓励新能源汽车发展,公司生产的锻造铝合金车轮契合新能源汽车的发展趋势,在此背景下,公司积极开拓新能源汽车客户,报告期内已通过J.T.Morton、Superior分别配套美国新能源汽车制造商Rivian、Lucid,其中Rivian从2021年11月开始批量供货,当年实现收入459.61万元,2022年1-6月实现收入2,626.12万元,增量迅猛。公司与其他一系列新能源汽车厂商在合作开发,2022年度已进入实质性阶段。

对比行业、主营业务等因素,选择万丰奥威(002085)、立中集团(300428)、跃岭股份(002725)、今飞凯达(002863)、迪生力(603335)这5家A股上市公司作为宏鑫科技的可比上市公司。

竞争对手:万丰奥威、立中集团、跃岭股份、今飞凯达、迪生力、中信戴卡

参考资料:

20240404-招商证券-新股关注宏鑫科技

20240325-国泰君安-锻造铝合金车轮领先生产企业宏鑫科技

20240325-申万宏源-宏鑫科技:锻造铝合金车轮差异化

20240322-华金证券-新股专题报告(宏鑫科技)

投资顾问:王德慧(登记编号:A0740621120003),本报告中的信息或意见不构成交易品种的买卖指令或买卖出价,投资者应自主进行投资决策,据此做出的任何投资决策与本公司或作者无关,自行承担风险,本公司和作者不因此承担任何法律责任。

(来源:
九方智投)

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