传统铸造行业承担着大部分金属零部件的生产任务,铸造产品覆盖航天、汽车以及机床等装备部件,是制造工业中重要的一部分。目前该行业存在着高污染、高排放的问题,使其难以与制造行业可持续发展的目标相匹配。另外,传统的砂型铸造工艺受限于模样造型的成形机理,使其难以满足产品快速制造的高精度、低成本要求。因此,有必要采用砂型3D打印和砂型数控铣削等无模砂型铸造技术加速传统铸造业的转型升级。针对目前无模砂型铸造技术可持续性研究不足现状,本文围绕无模砂型铸造的工艺过程提出低碳评价模型,并提出了基于复合成形方法的复合铸型优化设计方案。主要研究内容包括:1.分析无模砂型铸造工艺过程和铸型的特点,并结合无模砂型铸造工序的资源需求属性关系,将资源需求影响因素分为铸型成形方法、铸型固有属性、铸型-铸件耦合以及铸造批量生产条件四个部分,为后续工艺过程的低碳建模提供理论基础。低碳建模以资源消耗、能耗、能效比、碳排放、碳效率等指标为依据,充分考虑了无模砂型铸造工艺过程的资源利用以及环境影响。2.分析了复合铸型的成形方法和成型材料的选择方法,将复合铸型的工艺参数分为复合铸型独立工艺参数、复合铸型补正工艺参数和复合铸型耦合工艺参数,并通过粒子群优化算法对复合铸型耦合工艺参数进行了优化设计。3.本文以端盖类铸件作为实例研究,采用传统模样造型、砂型3D打印和砂型数控铣削提出针对该铸件的无模铸型复合成形工艺方案,将铸型划分为若干模块,对比单一铸造技术在铸件生产过程中的各项低碳指标计算结果。实例结果表明,无模砂型铸造消耗更少的资源,同时可以显著减少铸造过程的碳排放量。复合铸型在提高铸造生产效率、节省资源利用、降低环境影响等方面有较大优势。同时,经优化后的复合铸型的各项低碳指标都有一定程度的降低,验证了优化方法的可行性,对于提高传统铸造业的可持续性有一定指导意义。最后,本文对于无模砂型铸造工艺过程的低碳建模和复合铸型的优化设计进行了讨论与总结,并对后续的研究提出了展望。