Numerical and experimental analysis of a high pressure die casting Aluminum suspension cross beam for light commercial vehicles

S. Cecchel, D. Ferrario

The purpose of the present paper is to enhance and deepen the lightweight optimization in automotive, in particular
for commercial vehicles and buses. In detail, aim of this research is to develop a technically reliable and cost effective
safety component for Light Commercial Vehicles (LCVs) in aluminum alloy. At this purpose, different solutions of
Aluminium Cross beams for an independent front suspension for LCVs have been analyzed, with a weight saving target
in comparison with the traditional welded sheet metal structure of almost 40/50%. Moreover, further environmental
advantages have to be considered; for instance improved corrosion resistance, no painting or cataphoresis required,
benefits on recyclability and residual value at the end of life. In detail, the goal of this project has been achieved through:
technical and economical study of some different lightweighting solution and selection of the best case; improvement of
the solution selected with the help of structural FEA and casting process simulations, a Life Cycle Assessment from cradle
to grave (not here described), prototypes realization and preliminary experimental correlation.

본 백서의 목적은 자동차, 특히 상용차와 버스의 경량화 최적화를 강화하고 심화하는 것입니다. 구체적으로, 이 연구의 목적은 알루미늄 합금으로 경 상용차(LCV)를 위한 기술적으로 신뢰할 수 있고 비용 효율적인 안전 부품을 개발하는 것입니다. 이를 위해 기존의 용접 판금 구조와 비교하여 거의 40/50%의 중량 절감 목표를 가지고 LCV용 독립 프론트 서스펜션을 위한 다양한 알루미늄 크로스 빔 솔루션을 분석했습니다. 더욱이 추가적인 환경적 이점을 고려해야 합니다. 예를 들어 내식성 향상, 도장이나 전기영동이 필요하지 않음, 재활용 가능성 및 수명 종료 시 잔존 가치 향상. 구체적으로, 이 프로젝트의 목표는 다음을 통해 달성되었습니다. 다양한 경량화 솔루션에 대한 기술 및 경제적 연구 및 최상의 사례 선택; 구조적 FEA 및 주조 공정 시뮬레이션, 요람에서 무덤까지의 수명 주기 평가(여기서는 설명하지 않음), 프로토타입 구현 및 예비 실험 상관 관계를 통해 선택한 솔루션의 개선.

Keywords

Aluminum - high pressure die casting - suspension - cross beam - commercial vehicle -
lightweight - automot

Fig. 1 - Cross beams: -1) HPDC aluminum, 2) LPDC and extruded aluminum, 3) LPDC and CFRP, 4) Extruded aluminum
Fig. 1 - Cross beams: -1) HPDC aluminum, 2) LPDC and extruded aluminum, 3) LPDC and CFRP, 4) Extruded aluminum
Fig. 2 - a) Sliders layout b) Cross beam hollowed longitudinal section c) remarkable hollow sections
Fig. 3 - Dies and prototypes
Fig. 3 - Dies and prototypes
Fig. 4 - Porosity identify by a) X-ray on components from the first experimental activity, b) FEM simulations, c) X-ray on components from the final experimental activity (optimization of process parameters)
Fig. 4 - Porosity identify by a) X-ray on components from the first experimental activity, b) FEM simulations, c) X-ray on components from the final experimental activity (optimization of process parameters)

REFERENCES

[1] J. HIRSCH, Materials forum volume 28, (2004), p 15.
[2] S.DAS, JOM, 8, (2000), p.41-44.
[3] L. KALLIEN, T. WEIDLER, M. BECKER, International foundry research, 4, (2014), p. 20-27.
[4] R.MOSCHINI, R.MOLINA, XXXI Congresso tecnico di fonderia ASSOFOND, (2012).
[5] RHEINFELDEN, Leghe d’alluminio da pressocolata.

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Tags: aluminum alloy; ,Die casting; ,High pressure die casting