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绪 论
1. 铸造业在国内的状况
铸造业是一个具有5000多年的历史，至今仍充满活跃的基础产业，为我国国民经济支柱产业之一的装备制造业提供毛坯及零部件。目前我国已经成为世界上最大的铸件生产国，虽然我国的铸造生产具有悠久的历史及巨大的产量，但我国的铸造技术水平与工业发达国家相比还存在较大的差距，主要体现在铸件品质较低、生产设备和工艺比较落后、企业专业化程度不高，因此必须全面提高我国铸件生产的技术水平，以适应我国现代装备制造业的技术进步和发展。
2. 高锰钢简介
高锰钢作为耐磨材料，在抵抗强冲击、大压力作用下的磨料磨损或凿削磨损方面，其耐磨性是其他材料所无法比拟的。生产的耐磨件广泛用于冶金、矿山、电力、建材、能源等领域在重力冲击或挤压的工作条件下经受摩擦的零件，如冶金矿山机器、履带式拖拉机和破碎机上都装有用高锰钢制成的机器零件。为提高高锰钢的性能，进行过很多合金化、微合金化、水韧处理和沉淀强化处理等方面的研究，并在生产实践中得到了应用。
3.课题设计的内容
本设计的主要对象是高锰钢锤头的铸造工艺及工装设计，其基本内容包括： （1） 高锰钢锤头的铸造工艺方案的确定 （2） 高锰钢锤头工艺设计 （3） 模拟分析 （4） 铸造工艺装备设计 （5） 铸件热处理工艺 （6） 编制工艺卡
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第一章 高锰钢锤头的铸造工艺方案的确定
1.1 高锰钢锤头的铸造工艺性分析
高锰钢锤头是锤式破碎机核心零件之一，锤头在破碎机高速运转时直接打碎物料，工作环境恶劣，因此质量要求高，不允许有任何铸造缺陷存在，锤头头部需要良好的耐磨性和抗冲击性。并且锤头头部是铸件的厚大部分，易出现缩孔、缩松，因此需要采用冒口补缩。 1.1.1 设计任务
高锰钢锤头是矿山、水泥等行业破碎物料的易耗件，工况恶劣，需求量大，5000件每月，其结构如图1-1所示。材料为ZGMn13-4，铸件不允许有裂纹、气孔等缺陷。
图1-1 高锰钢锤头结构示意图
1.2 造型材料的选择
近年来石灰石砂铸造高锰钢铸件取得了良好的效果，其中若以水玻璃为粘结剂的石灰石砂作为型砂，可以得到光洁的外表面，清砂也比较容易[1]。本次设计采用热芯盒射芯机，故采用湿态树脂砂[2]。
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1.3 造型和造芯方法的选择
铸件毛重53.66Kg ，材料为ZGMn-13，大批量生产，故采用机器造型和机器造芯、金属模、砂型铸造。
1.4 分型面和浇注位置的选择
1.4.1 分型面的选择
分型面在很大程度上影响铸件的尺寸精度、成本和生产率。综合考虑有以下两种方案，如图1-2所示：
图1-2 分型面方案图
方案I：以上平面作为分型面，使零件全部处于下箱，虽然避免了错箱的问题，但是铸件有下凹部分不易起模，需要增加砂芯或者采用吊砂，增加了造型难度和工序。
方案II：分型面选择在对称面上，使铸件一部分在上箱，一部分在下箱，虽然容易出现错箱现象，但若采用机器合箱，则能在一定程度上避免。并且对称分型容易起模，造型简单。
综合以上的分析，决定选择方案II，虽避免不了一些不合理的地方，但总体来讲还是优于方案I，故选择方案II。 1.4.2 浇注位置的确定
为了造型和起模方便，综合考虑，将浇注位置设置在方案II的分型面上，即中间注入式，如图1-3所示：
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图 1-3 浇注位置图
1.4.3 铸件在砂箱中的排列
铸件轮廓尺寸为450mm×250mm×100mm，单件质量约为53.66Kg，属于中小型铸件，由于是大批量生产，采用的机器造型和造芯，因此选用一箱四件，查表3-37[2]并结合砂箱尺寸的实际情况，铸件与箱壁的距离为c＝40mm，铸件与砂箱底部的距离b＝90mm，浇注系统内浇道长度为f＝40mm。
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第二章 高锰钢锤头工艺设计
2.1 高锰钢锤头工艺参数的选择
2.1.1 机械加工余量
由于高锰钢硬度大，难于加工，因此不设定加工余量。 2.1.2 拔模斜度
当零件本身没有足够的结构斜度，应在铸件设计或在铸造工艺设计时给出铸件的起模斜度以保证铸件的起模操作。查表3-53[2]得，拔模斜度取1°。 2.1.3 铸造收缩率
由于高锰钢的线收缩和体收缩较大，常规的Mn13的线收缩率为2.4%～3.0%，本次设计取3.0%，体收缩率为6.7%[3]。
2.2 砂芯的设计
本次设计需要铸出一个孔，故需要设置一个砂芯，并且选用垂直砂芯。 2.2.1 砂芯的固定
采用芯头定位，上下都做出芯头，这样可以使砂芯定位准确，支撑固定可靠。 2.2.2 芯头的尺寸和间隙
一般情况下，机器造型、生产量较大时，常用间隙为0.5～1.0mm，并根据表3-75[2]得，取芯头间隙为s＝1mm。
垂直芯头的上芯头高度h1和下芯头高度h可根据表3-77[2]得出，根据砂芯长度L＝50mm、砂芯直径D＝100mm查出h＝25mm、h1＝15mm。
垂直芯头斜度α根据表3-76查出，上芯头斜度为10°、下芯头斜度为5°。
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