A cost-efficient process route for the mass production of thin-walled structural aluminium body castings

Youssef, Mohamed Youssef Ahmed; Hirt, Gerhard; Bührig-Polaczek, Andreas

doi:40303

A cost-efficient process route for the mass production of thin-walled structural aluminium body castings

Youssef, Mohamed Youssef Ahmed

2021

VerantwortlichkeitsangabeMohamed Youssef Ahmed Youssef

ImpressumAachen : Gießerei-Institut der RWTH Aachen 2021

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

ISBN978-3-944601-17-5

ReiheErgebnisse aus Forschung und Entwicklung ; 28

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2021

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Bührig-Polaczek, Andreas (Thesis advisor)^RWTH* ; Hirt, Gerhard (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2021-03-25

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2021-03555
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/816932/files/816932.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Aluminium (frei) ; Druckguss (frei) ; Dünnwandige (frei) ; Gewichtsreduzierung (frei) ; HPDC (frei) ; Karosserie Gussteile (frei) ; Massenproduktion (frei) ; RheoMetalTM (frei) ; Semi-Solid Verfahren (frei) ; aluminum (frei) ; casting (frei) ; cost-efficiency (frei) ; high pressure die casting (frei) ; mass production (frei) ; rheocasting (frei) ; structural body parts (frei) ; thin-walled (frei) ; weight reduction (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Aufgrund der umwelt- und gesundheitsschädlichen Auswirkungen der CO2 Emissionen wurden in den letzten Jahren neue Ansätze vorgeschlagen und umgesetzt, um deren Werte zu senken. Einer dieser Ansätze ist die Gewichtsreduzierung der Fahrzeuge durch die Substitution dünnwandiger Karosseriestrukturteile aus Stahlblechen durch solche aus Aluminiumguss. Dieser funktionell integrierte Ansatz, gilt aufgrund der daraus resultierenden höheren Bauteilkosten, die vor allem auf den teureren Rohstoffpreis der gewählten Aluminiumlegierung zurückzuführen sind, als weniger wirtschaftlich. Ziel dieser Arbeit war es daher, nach Möglichkeiten zu suchen, die eine kosteneffiziente Umsetzung dieses Ansatzes für die Großserie ermöglicht. Zu diesem Zweck wurde zunächst eine Kostenstudie erstellt, um die Haupteinflussfaktoren auf die Gesamtbauteilkosten eines dünnwandigen Karosseriestrukturteils aus Aluminium, wie z. B. des 2020 Ford Explorer 2020 Federbeindoms, zu ermitteln. Diese Faktoren, u.a. die Wärmebehandlung und der Lebensdauer der Druckgussform, waren der Grund dafür, dass ich mich bei meinen Untersuchungen nicht nur auf Legierungen konzentrierte, die keine Wärmebehandlung erfordern, wie die Al-Mg-Si Legierungen und die Al-Mg-Fe Legierungen, sondern auch auf Gießverfahren, die der Lebensdauer der Druckgussform verlängern können, wie das RheoMetalTM Verfahren.Die Bewertungskriterien der untersuchten Legierungssysteme und Gießverfahren umfassten eine Reihe von mechanischen Prüfungen, die Bestimmung des Crash-Widerstandspotenzials der Gussteile und eine Bewertung der Nietbarkeit mit dem Stanzniet Verfahren. Unter den untersuchten Legierungen scheint die MYFORD Legierung, die im Rahmen dieser Arbeit entwickelt wurde, um die nachspeisung und die Gießbarkeit im Rheoverfahren der Standardlegierung AlMg4Fe2 zu verbessern, die am besten geeignete Legierung zu sein, um die dünnwandigen Strukturkörpergussteile kostengünstig herzustellen. Darüber hinaus scheint das Druckgussverfahren ein geeigneterer Kandidat als das RheoMetalTM Verfahren zu sein, um diese Gussteile herzustellen. Darüber hinaus kann aufgrund der bisherigen Erkenntnisse davon ausgegangen werden, dass das RheoMetalTM Verfahren bei der Herstellung von dickeren und kleineren Teilen seine volle Bandbreite an Vorteilen entfalten kann.

Due to the harmful environmental and health impacts of the CO2 emissions, new approaches have been suggested and implemented in the recent years to decrease their levels. One of these approaches is the reduction in the weight of the vehicles by replacing the thin walled structural body parts that are made up from steel sheets with ones made up from aluminium castings. This functionally integrated approach is regarded as being less economical due to the resultant higher part’s cost, which in turn can be mainly linked to the more expensive aluminium alloy’s price. Therefore, an aim for this thesis was set to try and look for ways that can facilitate the mass implementation of this approach in a cost-efficient way. For this purpose, a cost calculation study was first conducted to determine the main influencing factors on the cost of a thin walled structural aluminium body part, such as the 2020 Ford explorer shock tower. These factors, mainly heat treatment and die life, were the reason beyond focusing the investigations on alloys with no heat treatment requirement, such as the Al-Mg-Si alloys and the Al-Mg-Fe alloys, and on casting processes that can prolong the die life, such as the RheoMetalTM process. The evaluation criteria of the studied alloying systems and casting processes involved a series of mechanical testing, the determination of the cast parts’ crash resistance potentials and a rivetability assessment using the self-piercing riveting method. Among the investigated alloys, MYFORD, which was developed during the framework of this thesis to improve the feeding efficiency and the rheocastability of the standard AlMg4Fe2 alloy, appears to be the most suitable cost-efficient alloy to produce the thin walled structural body castings. In addition, the high pressure die casting process seems to be a more suitable candidate than the RheoMetalTM process to produce these castings. Furthermore, the outcomes from the RheoMetalTM process are expected to improve if it is implemented in the production of thicker and smaller parts.

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