맞춤형 휠 및 디스크 주조 | 모래 주조 솔루션

휠 및 디스크 주조는 자동차 제동 시스템에 널리 사용되는 회전 구조 부품의 큰 범주를 나타냅니다., 기계식 전송 장비, 광산 기계 및 해양 전력 조립체.

대표적인 제품으로는 플라이휠이 있습니다., 브레이크 디스크, 벨트 풀리, 휠 허브, 기어 디스크 및 브레이크 드럼.

이 모든 부품은 축대칭 회전체와 동일한 구조적 특성을 공유합니다.: 눈에 띄는 핫스팟을 형성하는 두꺼운 중앙 허브, 허브와 외부 림 사이의 전환 연결 웹, 벽이 얇은 외주 가장자리.

급격한 벽 두께 차이로 인해 본질적인 야금학적 문제가 발생합니다., 허브 내부에 집중된 수축 기공 포함, 단면 변형 변형, 열 응력 균열, 얇은 부분의 냉각 경향, 고르지 않은 원주 경도, 슬래그 함유물 및 가스 기공.

공정 설계의 핵심 철학은 라이저를 통한 응고 순서 조절에 있습니다., 필요에 따라 방향성 응고 또는 비례 응고를 실현하기 위한 냉각 및 최적화된 게이팅 레이아웃.

샌드 캐스팅은 중대형 휠의 주요 제조 경로가 되었습니다. & 유연한 툴링으로 인해 소규모 및 중간 규모의 배치 생산량을 갖춘 디스크 주조, 낮은 선행 투자와 다양한 형상에 대한 강력한 적응성.

1. 휠 및 디스크 부품의 구조적 특성 및 주조 과제

휠 및 디스크 주조가 일반적입니다. 회전 구조 구성요소 축대칭 기하학이 특징, 단면 두께의 큰 차이, 응고 중 복잡한 열 전달 거동.

이러한 구성 요소는 일반적으로 상대적으로 단순한 외부 모양을 가지고 있지만, 내부 주조 품질은 형상 간의 상호 작용에 크게 좌우됩니다., 용융 금속 흐름, 고정화 제어.

휠 및 디스크 주조의 일반적인 구조적 특성

휠 또는 디스크 주조는 일반적으로 세 가지 기능 영역으로 나눌 수 있습니다.: 허브, 디스크/웹 섹션, 그리고 바깥쪽 테두리.

그만큼 중앙 허브 일반적으로 가장 두꺼운 부분이며 샤프트의 연결 지점을 제공합니다., 문장, 볼트, 또는 전송 시스템.

부피가 크고 냉각 속도가 느리기 때문에, 허브는 응고 중에 주요 열 핫스팟이 됩니다..

이 지역의 액체 금속은 주변 지역보다 더 오랫동안 녹은 채로 남아 있습니다., 충분한 공급이 제공되지 않으면 수축 결함이 발생할 위험이 높습니다..

그만큼 디스크 또는 웹 섹션 허브를 외부 림과 연결하고 경량 구조를 유지하면서 기계적 부하를 전달하는 역할을 합니다..

이 영역에는 점진적이거나 곡선적인 두께 변화가 포함되는 경우가 많습니다.. 부적절한 전환 설계 또는 고르지 못한 냉각으로 인해 잔류 응력이 발생할 수 있습니다., 왜곡, 그리고 뜨거운 균열.

그만큼 바깥쪽 테두리 일반적으로 단면 두께가 더 작고 허브보다 빠르게 냉각됩니다..

이 영역을 과도하게 냉각하면 허브가 공급을 완료하기 전에 조기 응고가 발생할 수 있습니다., 내부 다공성과 고르지 못한 기계적 특성으로 이어짐.

이 세 영역 간의 관계가 전체 주조 동작을 결정합니다.:

• 허브는 뜨거운 상태를 유지하는 경향이 있으므로 효과적인 공급이 필요합니다..
• 디스크는 변형을 방지하기 위해 균형 잡힌 냉각이 필요합니다..
• 림은 조기 동결을 방지하기 위해 제어된 응고가 필요합니다..

그러므로, 성공적인 주조 설계는 외부 영역에서 중앙 공급 영역을 향해 제어된 열 구배를 달성해야 합니다..

휠 및 디스크 부품의 주요 주조 과제

휠 및 디스크 주조는 일반적인 구조로 인해 복잡한 열 거동을 수반합니다. 두꺼운 허브, 얇은 웹, 그리고 바깥쪽 림.

단면 두께의 큰 차이로 인해 고르지 않은 응고가 발생합니다., 수유 어려움, 및 응력 집중.

다음 표에는 주요 주조 과제와 해당 제어 방법이 요약되어 있습니다..

2. 전체 프로세스 레이아웃 & 이별 계획

프로세스 레이아웃 모래 주조 휠 및 디스크 구성 요소는 충전 동작을 결정하는 중요한 요소입니다., 응고 순서, 치수 정확도, 그리고 최종 캐스팅 품질.

단순한 모양의 주물과는 달리, 휠 구성 요소에는 섹션 두께에 상당한 차이가 있습니다. 중앙 허브, 디스크/웹, 그리고 바깥쪽 테두리, 주조 방향과 분리 방법의 선택이 특히 중요합니다..

수평분할공정 (가장 일반적인 솔루션)

수평 절단은 휠 및 디스크 주조에 가장 널리 사용되는 방법입니다., 특히 플라이휠, 브레이크 디스크, 도르래 바퀴, 중소형 허브, 일반 산업용 디스크.

이 배열에서는, 주물이 수평으로 위치합니다., 분할 평면은 일반적으로 디스크 또는 웹 섹션을 통해 선택됩니다..

금형은 상부코핑과 하부항력으로 구분됩니다., 편리한 패턴 철수 가능, 코어 설치, 및 금형 조립.

이 방법은 두 가지 모두에 널리 호환됩니다.:

• 대량 생산을 위한 생사 성형 시스템;
• 중소형 배치 생산을 위한 수지 결합사 공정.

수평 절단의 주요 장점은 공정 레이아웃이 간단하다는 것입니다., 낮은 툴링 투자, 그리고 우수한 생산 효율성.

코어 배치는 비교적 간단합니다., 중앙 구멍이 있는 부품에 적합합니다., 내부 공동, 또는 샤프트 장착 구조.

일반적인 게이팅 배열에는 다음이 포함됩니다.:

• 중앙 상단 게이팅, 용융 금속이 허브 영역을 통해 유입되어 림을 향해 바깥쪽으로 흐르는 곳;
• 원주 측면 게이팅, 용탕이 둘레에 고르게 유입되어 충진 안정성을 향상시키는 곳.

하지만, 수평 성형에도 특정 제한이 있습니다.. 주물의 윗면과 아랫면의 열전달 조건이 다르기 때문에, 냉각은 종종 비대칭입니다.

이로 인해 다음이 발생할 수 있습니다.:

• 고르지 못한 수축;
• 단면 뒤틀림;
• 잔류응력;
• 치수 편차.

게다가, 금형 캐비티의 상부 표면은 가스 및 비금속 개재물을 가두는 경향이 더 높습니다., 이로 인해 발생할 수 있는:

• 블로우홀;
• 슬래그 함유물;
• 표면 결함.

그러므로, 정밀성이 중요한 휠 부품용, 수평 분할에는 환기 개선과 같은 추가 조치가 필요한 경우가 많습니다., 최적화된 게이팅, 제어된 냉각.

수직분할 및 수직타설 공정

수직 절단 공정은 휠 또는 디스크 주조를 수직 방향으로 배치합니다., 부품의 반경 방향을 따라 금형 분할.

이 방법은 주로 다음과 같은 경우에 사용됩니다. 고정밀 휠 허브, 튼튼한 구동 바퀴, 철도 부품, 우수한 치수 안정성이 요구되는 대형 회전 부품 및.

수평성형에 비해, 수직 주조는 보다 대칭적인 열 환경을 제공합니다..

주조물의 전체 둘레가 보다 균일한 냉각 속도를 경험합니다., 서로 다른 지역 간의 온도 차이를 크게 줄여줍니다..

주요 이점은 다음과 같습니다.:

• 진원도 및 동심도 개선;
• 냉각 후 변형 감소;
• 더욱 균형잡힌 미세구조 분포;
• 낮은 잔류 응력.

캐스팅이 수직으로 배치되어 있기 때문에, 용융 금속 흐름도 더 잘 제어할 수 있습니다., 상부와 하부 사이에 고르지 않게 채워지는 위험을 줄입니다..

하지만, 수직 파팅에는 더욱 진보된 성형 능력이 필요합니다.. 주요 과제는 다음과 같습니다.:

• 더욱 복잡한 패턴과 핵심 디자인;
• 더 높은 금형 조립 요구 사항;
• 대형 금형 취급의 어려움 증가;
• 리프팅 및 위치 지정 장비에 대한 더 큰 요구 사항.

그러므로, 이 방법은 일반적으로 다음과 같은 경우에 적용됩니다. 수지모래 생산 환경, 특히 대량 자동화 생산보다는 중간 규모 또는 맞춤형 대형 주조에 적합합니다..

경사 타설 공정 (하이브리드 최적화 방법)

경사 타설은 수평 성형 원리를 바탕으로 개선된 공정입니다..

붓는 동안, 금형이 제어된 각도로 기울어집니다., 일반적으로 주변 10°–25°, 보다 안정적인 조건에서 용융 금속이 캐비티에 들어갈 수 있도록 합니다..

이 방법은 수평 주조와 수직 주조의 장점을 결합하여 두 가지를 모두 개선합니다.:

• 충전 부드러움;
• 응고방향 제어.

기울어진 위치는 금형 표면에 대한 직접적인 금속 충격을 줄이고 충전 중 난류를 줄입니다..

동시에, 보다 유리한 열 구배를 촉진합니다., 용융 금속이 허브 영역으로 공급되도록 돕습니다..

경사 주입은 특히 적합합니다.:

• 연성 철 바퀴;
• 대형 디스크 주조;
• 허브 수축 경향이 심한 부품.

주요 이점은 다음과 같습니다.:

• 산화물 개재물 형성 감소;
• 허브 공급 효율성 향상;
• 수축 다공성의 위험 감소;
• 더 나은 치수 안정성.

하지만, 경사 주입에는 금형 각도를 정확하게 제어하기 위해 추가 장비 또는 고정 장치가 필요합니다., 표준적인 성형 라인보다는 전문 생산에 더 적합합니다..

3. 샌드 몰드 설계 및 제조 공정

모래 주형의 품질은 충전 거동을 직접적으로 결정합니다., 표면 품질, 치수 정확도, 휠과 디스크 캐스팅의 내부 건전성.

이러한 구성 요소는 일반적으로 결합되어 있기 때문에 큰 직경, 두꺼운 허브, 얇은 웹 섹션, 복잡한 열전달 조건, 성형 공정은 캐비티 안정성을 유지하는 동시에 우수한 투과성과 붕괴성을 유지하기에 충분한 강도를 제공해야 합니다..

중소형 휠 부품 대량 생산을 위한 그린 샌드 몰딩

생사 성형은 중소형 휠 및 디스크 주물을 생산하는 데 가장 널리 사용되며 경제적인 방법 중 하나입니다., ~와 같은:

• 벨트 풀리;
• 소형 플라이휠;
• 브레이크 드럼;
• 일반 산업용 디스크.

이 공정에서는 규사 혼합물을 사용합니다., 벤토나이트 점토, 물, 재사용 가능한 성형 재료를 만들기 위한 탄소 첨가제.

특히 높은 생산성과 낮은 제조 비용이 요구되는 자동화 생산 라인에 적합합니다..

생사의 성능은 물리적 특성에 크게 좌우됩니다.. 일반적인 제어 매개변수는 다음과 같습니다.:

활성 벤토나이트와 탄소 첨가제의 비율은 신중하게 제어되어야 합니다.. 벤토나이트는 접착력을 제공합니다., 석탄 먼지 또는 이와 유사한 탄소질 첨가제는 다음을 줄이는 데 도움이 됩니다.:

• 금속 침투;
• 번온 결함;
• 표면 거칠기;
• 가스 관련 표면 결함.

생산 중, 재생사 온도도 제어해야 합니다.. 뜨거운 재생 모래는 수분 분포에 부정적인 영향을 미치고 금형 품질을 저하시킬 수 있습니다., 표면 조도 불량 및 치수 불안정성 초래.

휠 및 디스크 주조용, 허브와 웹 섹션의 가장 높은 지점 주위에 가스가 축적되는 경향이 있기 때문에 일반적으로 추가 환기 조치가 적용됩니다..

일반적인 솔루션에는 다음이 포함됩니다.:

• 분할 표면을 따라 있는 환형 벤트 홈;
• 금형의 높은 지점에 있는 가스 배출 구멍;
• 밀폐된 캐비티 영역 위의 추가 벤트 라이저.

하지만, 녹색 모래 성형에도 한계가 있습니다. 금형의 강성이 상대적으로 낮고 치수 안정성이 적당하기 때문에, 일반적인 치수 정확도는 대략 다음과 같습니다. CT9 – CT11 주조 공차 기준에 따라.

게다가, 생사형의 상대적으로 느리고 제어되지 않는 냉각 특성으로 인해 두꺼운 허브 섹션에서 수축 결함이 발생할 위험이 증가합니다..

그러므로, 생사는 일반적으로 엄격한 초음파 검사나 높은 피로 성능이 필요한 견고한 연성 철 휠 허브에 선호되지 않습니다..

대형 및 고성능 휠 주조를 위한 자체 경화 수지 샌드 몰딩

대형 휠 허브용, 튼튼한 플라이휠, 철도 부품, 엄격한 비파괴 검사가 필요한 주물 등, 자기 경화형 수지 모래가 선호되는 성형 기술입니다..

녹색 모래와 달리, 레진샌드는 수지와 경화제 사이의 화학적 결합을 통해 성형 강도를 얻습니다., 외부 다짐 장비 없이 크고 복잡한 금형 제작 가능.

대표적인 재료는 다음과 같습니다:

• 70/140 메쉬 실리카 모래;
• 향상된 열 안정성을 위한 Ceramsite 모래;
• 푸란 수지 또는 알칼리성 페놀 수지 시스템.

수지 첨가 비율은 일반적으로 대략적으로 제어됩니다. 1.0%-1.4%, 경화제 복용량은 다음에 따라 조정됩니다.:

• 주변 온도;
• 습기;
• 필요한 경화 속도;
• 생산주기 요구 사항.

수지 모래는 휠 및 디스크 주조에 몇 가지 중요한 이점을 제공합니다.:

향상된 치수 정확도

수지 샌드 몰드의 높은 강성과 안정성으로 인해 치수 정확도가 대략적으로 도달할 수 있습니다. CT8~CT9, 이는 기존의 생사 성형보다 훨씬 우수합니다..

이는 치수 편차가 영향을 미칠 수 있는 회전 부품의 경우 특히 중요합니다.:

• 성능 균형;
• 샤프트 정렬;
• Machining allowance;
• 서비스 수명.

복잡한 코어에 대한 더 나은 기능

대형 휠 주조에는 종종 내부 공동이 필요합니다., 장착 구멍, 또는 복잡한 허브 구조. 수지 모래는 다음과 같은 생산을 가능하게 합니다.:

• 대형 코어 어셈블리;
• 얇고 복잡한 모래 코어;
• 정확한 내부 통로.

이는 맞춤형 제품에 매우 적합합니다., 일체형, 소규모 배치 생산.

더 높은 표면 품질

금형 캐비티 표면이 매끄러울수록:

• 모래 접착;
• 표면 거칠기;
• 청소 작업량;
• Machining allowance.

하지만, 수지 모래는 또한 특정 문제를 야기합니다..

수지 바인더는 주입 시 더 많은 가스를 발생시키기 때문에, 부적절한 프로세스 제어로 인해:

• 지하 블로우홀;
• 가스 다공성;
• 탄소 관련 결함.

게다가, 수지 모래 주형은 녹색 모래에 비해 강성이 높고 붕괴성이 낮습니다.. 두꺼운 부분의 주조용, restricted contraction may increase the risk of:

• Thermal stress;
• 뜨거운 크래킹;
• Residual stress concentration.

그러므로, resin sand processes require careful coordination between mold strength, 라이저 디자인, and cooling control.

금형 코팅 기술

Mold coating plays an essential role in improving surface quality and preventing casting defects, especially for wheel and disc components with large hot sections and complex transitions.

The primary purpose of coatings is to create a protective barrier between molten metal and the sand mold, 감소:

• Sand penetration;
• Metal-mold reaction;
• 번온 결함;
• 표면 거칠기.

Different materials require different coating systems.

을 위한 gray cast iron wheel castings, graphite-based coatings are commonly applied because graphite provides:

• Good thermal stability;
• Reduced metal penetration;
• Improved surface finish.

을 위한 ductile iron and thick-section castings, alcohol-based zircon powder coatings are generally preferred due to their:

• 높은 내화도;
• Excellent resistance to molten iron erosion;
• Strong protection at thermal hotspots.

A typical procedure includes:

1. First coating application to cover the entire cavity surface;
2. Complete drying to remove moisture;
3. Second coating application for improved protection;
4. Final inspection before mold assembly.

Insufficient drying may generate additional gas during pouring, while excessive coating thickness may reduce permeability and affect casting quality.

휠 및 디스크 샌드 몰드용 벤팅 시스템 설계

Gas management is a critical aspect of wheel and disc casting because their rotational geometry naturally creates gas accumulation zones.

A properly designed venting system typically includes:

Effective venting design must maintain a balance: insufficient venting causes gas defects, while excessive venting may weaken the mold or increase metal penetration risk.

4. 휠 및 디스크 주조용 게이팅 시스템 설계

The gating system plays a decisive role in determining the internal quality, 치수 안정성, and mechanical performance of wheel and disc castings.

Due to their typical rotating geometry—with a massive hub, relatively thin web sections, and a thinner outer rim—the filling process must be carefully controlled to avoid turbulence, 산화물 동반, 감기가 닫혔습니다, incomplete filling, and uneven temperature distribution.

중앙 상부 게이팅 시스템: 강력한 방향성 응고 기능을 갖춘 간단한 레이아웃

The central top gating system is one of the traditional solutions for flywheels and relatively simple disc-shaped castings.

이 디자인에서는, molten metal enters from the center hub area and flows radially outward toward the rim through the web section.

This arrangement provides a natural temperature gradient because the central hub remains hotter than the outer rim during filling and solidification.

When combined with properly designed risers, the system can promote directional solidification from the thinner outer sections toward the hub, allowing feeding of the central hot spot.

하지만, the central feeding position also creates several potential problems.

허브 영역이 고온 용융 금속에 지속적으로 노출되면 허브의 열 농도가 증가합니다., 이는 핫스팟을 확대하고 수축 공동 또는 미세 다공성의 위험을 증가시킬 수 있습니다..

게다가, 중앙에 있는 금속 흐름의 직접적인 영향으로 초기 충전 단계에서 난류가 발생할 수 있습니다., 산화막 형성 및 슬래그 혼입 가능성 증가.

성능 향상을 위해, 현대적인 디자인에는 종종 쏟아지는 용기에 세라믹 폼 필터가 포함되어 있습니다., 중앙에서 여러 방사형 입구 확장, 얇은 웹 영역에 직접적인 금속 충격을 방지하기 위해 흐름 방향을 조정합니다.. 이러한 수정은 난기류를 줄이고 내부 청결도를 높이는 데 도움이 됩니다..

환형 슬릿 측면 게이팅 시스템: 브레이크 디스크 및 정밀 회전 부품에 선호되는 솔루션

브레이크 디스크의 경우, 브레이크 드럼, 탁월한 치수 정확도와 동적 균형이 요구되는 기타 부품, annular slit side gating is widely considered one of the most effective solutions.

In this configuration, a circular runner is arranged around the hub area, with multiple narrow ingates evenly distributed along the circumference.

Molten metal enters the mold cavity simultaneously from multiple directions, producing a balanced filling pattern.

The major advantage of this system is its ability to achieve uniform temperature distribution around the entire circumference.

Since the molten metal reaches different regions of the casting at nearly the same time, thermal gradients are minimized, reducing residual stress, 왜곡, and roundness deviation.

The relatively gentle filling behavior also reduces turbulence compared with direct top pouring. Lower turbulence means less oxidation, fewer entrapped inclusions, and improved surface quality.

This makes the design particularly suitable for brake components where machining allowance is limited and dimensional stability is critical.

The annular gating system also supports more uniform solidification between the hub, web, 그리고 바깥쪽 테두리.

When combined with correctly positioned risers and chills, it can effectively control shrinkage defects in areas with significant wall thickness variation.

하단 게이팅 시스템: 견고한 휠 허브를 위한 고품질 충진재

For large and heavy wheel hubs, drive wheels, and high-load industrial components, bottom gating is often selected to achieve the highest possible filling quality.

In a bottom gating system, molten metal enters from the lower region of the mold cavity and rises gradually upward.

The metal surface remains relatively stable during filling, significantly reducing splashing, 공기 참여, and secondary oxidation.

The primary advantage of this method is its excellent flow control. Because the molten metal rises smoothly rather than falling vertically, the risk of turbulent flow and sand erosion is greatly reduced.

This is particularly important for large castings where even small amounts of oxide inclusions or sand particles can seriously affect fatigue performance.

하지만, bottom filling also has limitations. Since the upper areas of the casting are filled last, their temperature may decrease before complete feeding occurs.

그러므로, bottom gating must be carefully combined with efficient riser systems, insulating sleeves, and external chills to maintain adequate feeding pressure and compensate for shrinkage in thick hub sections.

효율적인 게이팅 시스템을 위한 일반 설계 지침

Regardless of the specific gating configuration, several fundamental principles should be followed during wheel and disc casting design.

A closed or semi-closed gating system is generally preferred because it reduces turbulence and improves slag separation.

The typical cross-sectional relationship between sprue, 달리는 사람, and ingate is approximately:

Sprue : Runner : Ingate = 1 : 1.2 : 0.8–1

This ratio helps maintain stable metal velocity while avoiding excessive turbulence.

Horizontal runners should be extended beyond the last ingate to form slag collection zones, allowing impurities to remain away from the casting cavity.

Ceramic foam filters are frequently installed in the runner system to further improve melt cleanliness.

The ingate shape is also important. Fan-shaped, slit, or tangential ingates are often used for wheel and disc castings because they distribute molten metal gradually and reduce direct impact on mold surfaces.

궁극적으로, the most effective gating design is one that achieves 부드러운 충전, controlled heat flow, and progressive solidification from thin sections toward feeding sources.

By optimizing the relationship between gating, 라이저, 오한, 캐스팅 기하학, manufacturers can significantly reduce shrinkage porosity, 포함, 흉한 모습, and other common defects in wheel and disc castings.

5. 공급 시스템 설계: 라이저와 오한

The feeding system is a critical factor in determining the internal quality of wheel and disc castings.

Due to their typical structure—large hubs, thinner webs, and outer rims—these components contain significant differences in section thickness.

응고 중, the thick hub area remains liquid longer and experiences greater volumetric shrinkage, making it highly susceptible to shrinkage cavities and microporosity.

휠 및 디스크 주조용 라이저 설계

The hub area is normally the main feeding target because it represents the largest thermal mass in the casting.

Risers are usually positioned above or close to the hub to provide liquid metal during the final stage of solidification.

을 위한 gray cast iron wheel castings (EN-GJL-250, EN-GJL-300), directional solidification is commonly applied.

Cylindrical or oval risers are placed at hub hot spots, and their modulus is designed higher than the feeding zone to ensure that the riser freezes later than the casting.

을 위한 ductile iron wheel castings (en-gjs-450-10, en-gjs-600-3), graphite expansion during eutectic solidification provides partial self-feeding capability.

그러므로, excessive riser volume is avoided. Modern designs usually combine smaller insulated risers with chills to improve casting yield while maintaining internal soundness.

For heavy-duty wheel hubs with thick sections, insulated riser sleeves or exothermic risers are often used to extend feeding time and reduce shrinkage defects.

냉각 적용 및 응고 제어

Chills are used to accelerate local cooling and control the solidification pattern.

By increasing heat extraction in selected areas, chills reduce the size of hot spots and promote directional solidification toward the riser.

휠 및 디스크 주조용, chills are mainly placed around:

• Hub side walls where thermal concentration occurs.
• Hub-to-web transition areas.
• Local thick sections with high shrinkage risk.

하지만, chill placement must be carefully optimized. Excessive cooling at thin rim areas may cause premature solidification, resulting in misruns, 감기가 닫혔습니다, or uneven hardness.

그러므로, chills are generally avoided in thin sections unless specific microstructure control is required.

The most effective feeding design is usually a combination of insulated risers and properly positioned chills, where chills control the heat flow while risers provide final shrinkage compensation.

일반적인 수유 결함 및 해결 방법

Improper feeding design can lead to several typical casting defects:

6. 녹는, 연성 철 휠 주물의 구상화 및 접종 공정

Ductile iron is widely used for heavy-duty wheel and disc castings because it provides an excellent combination of strength, 강인함, 피로 저항, 그리고 착용 성능.

회주철과 비교, ductile iron contains spherical graphite nodules, which significantly reduce stress concentration and improve mechanical properties.

하지만, achieving stable ductile iron quality requires precise control of melting, magnesium treatment, and inoculation processes.

용융 공정 및 화학물질 제어

The melting process establishes the foundation for ductile iron quality.

Electric induction furnaces are commonly used because they provide accurate temperature and chemical composition control.

Typical ductile iron grades for wheel castings include:

• en-gjs-450-10
• en-gjs-600-3

A typical chemical composition range is:

Typical temperature control:

• Tapping temperature: 1500–1550°C
• 쏟아지는 온도: 1360–1420°C

Strict control of sulfur and phosphorus is essential because excessive levels reduce nodularity and mechanical performance.

마그네슘 결절화 치료

Magnesium treatment is the key step that transforms graphite from flakes into spherical nodules. The most common method uses a magnesium-ferrosilicon alloy added to molten iron.

치료 중, magnesium reacts with sulfur and oxygen, creating a strong reaction.

Proper control of treatment temperature, alloy addition, and magnesium recovery is necessary to obtain stable nodular graphite.

Poor nodularization may result in:

• Vermicular graphite formation.
• Reduced tensile strength and elongation.
• 낮은 피로 저항.

A high-quality ductile iron structure should have:

• High graphite nodularity.
• Uniform graphite distribution.
• Controlled nodule size.
• Suitable ferritic/pearlitic matrix according to performance requirements.

접종 및 흑연 정제

Inoculation improves graphite nucleation and stabilizes the final microstructure. It is normally performed in two stages: initial inoculation during tapping and secondary inoculation during pouring.

Ferrosilicon-based inoculants containing calcium, barium, or zirconium are commonly used.

Effective inoculation helps to:

• Increase graphite nodule count.
• Reduce carbide formation.
• Improve mechanical properties.
• Achieve uniform hardness distribution.

For large wheel castings, inoculation is especially important because slow cooling in sand molds can lead to coarse graphite and reduced strength.

7. 쉐이크 아웃, 냉각 및 열처리 공정

The shakeout, 냉각, and heat treatment stages play an important role in maintaining the dimensional accuracy, 기계적 특성, and long-term service reliability of wheel and disc castings.

Although the casting process is completed after solidification, improper handling during cooling or premature removal from the mold can introduce residual stress, 왜곡, and even cracking, especially in components with large diameter, 고르지 않은 벽 두께, and strict balance requirements.

쉐이크아웃 및 유지 시간 제어

After pouring and solidification, castings must remain inside the sand mold for a sufficient period before shakeout.

The sand mold provides thermal insulation and allows the casting to cool gradually, reducing temperature gradients between thick and thin sections.

Premature shakeout removes this thermal protection too early, causing uneven cooling and increasing the risk of:

• Hub deformation caused by residual thermal stress.
• Web distortion and loss of flatness.
• Surface cracking in high-stress areas.

The required holding time depends mainly on casting size, 벽 두께, material type, and mold characteristics.

Typical holding times are:

For large ductile iron wheels, extended cooling inside the mold is often preferred because slow cooling helps reduce thermal gradients and improves dimensional stability.

쉐이크아웃 후, castings should be handled carefully. Large wheel and disc castings should not be stacked or placed under uneven support, as their own weight can cause permanent bending deformation while the metal is still at elevated temperature.

셰이크아웃 후 냉각 제어

After removal from the mold, wheel and disc castings should continue cooling under controlled conditions.

빠른 냉각, especially for large-section ductile iron components, may generate excessive thermal stress between the hub and rim areas.

Proper cooling practice includes:

• Avoiding forced cooling with water or strong air streams.
• Allowing castings to cool naturally in a controlled environment.
• Supporting castings evenly to prevent gravitational distortion.

For ductile iron wheels, controlled cooling also influences the final microstructure.

Slow cooling promotes graphite growth and reduces the formation of undesirable carbides, while excessive cooling rates may increase hardness and reduce toughness.

응력 완화 열처리

Residual stress is generated during casting because different sections contract at different rates during cooling.

The thick hub, thin web, and outer rim experience different thermal contraction behaviors, resulting in internal stress even when no visible defects exist.

For high-precision wheel components, especially brake discs, drive wheels, and large hubs, stress relief annealing is commonly performed before machining.

A typical stress relief process involves:

• Heating temperature: 500-550°C
• 개최시간: determined by casting thickness and weight
• Controlled furnace cooling to minimize new thermal stress

This treatment reduces residual stress and improves machining stability. Without stress relief, castings may deform during rough or finish machining because the removal of material releases internal stress.

8. 결론

Sand casting of wheel and disc components is a highly specialized process that requires careful coordination between mold design, gating technology, 먹이 전략, 야금, and cooling control.

The key to producing high-quality wheel castings is not simply achieving complete filling, but controlling the entire thermal and fluid-flow process:

• Selecting the correct casting orientation;
• Designing stable and clean filling systems;
• Managing hub thermal hotspots;
• Applying effective risers and chills;
• Controlling ductile iron metallurgy;
• Using simulation-based optimization.

With properly engineered sand casting processes, manufacturers can produce large and complex wheel and disc castings with excellent mechanical properties, 치수 정확도, and long-term service reliability for demanding industrial applications.

LangHe – 중국의 휠 및 디스크 주조 전문 맞춤형 제조업체

LangHe is a professional China manufacturer specializing in custom wheel and disc castings, providing high-quality casting solutions for industrial rotating components, including flywheels, 브레이크 디스크, 휠 허브, 풀리, gear discs, 브레이크 드럼, and heavy-duty machinery parts.

With extensive experience in sand casting and resin sand casting technologies, LangHe supports customers from initial casting design and process optimization to production, 가공, 점검, and final delivery.

LangHe manufactures wheel and disc castings in a wide range of materials, 포함 gray cast iron, 연성 철, 탄소강, 합금 강철, 그리고 스테인레스 스틸, meeting the requirements of automotive, 산업 장비, 에너지, 운송, and heavy machinery applications.

Through strict quality control, 고급 제조 능력, and customized engineering support, LangHe delivers durable, 비용 효율적입니다, and application-specific casting solutions for customers worldwide.

As a trusted custom wheel and disc casting manufacturer in China, LangHe is committed to helping global customers achieve higher product reliability, optimized casting performance, and reduced manufacturing costs through professional casting expertise and continuous process innovation.

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