在铸造过程中,铸型是铸件成形的保障。传统铸型是密实结构,这导致了在铸件成形的过程中难以控制铸件冷却,同时铸件在凝固后的冷却效率很低,生产周期长。本文提出了镂空铸型,可以实现控制铸件冷却,可以大幅度地提高铸件冷却效率,控制铸件的应力与变形,细化组织,提高铸件性能,并且能够显著减少铸型材料用量,减少废料排放,符合智能化和绿色化的发展方向。本文针对镂空砂型开展了系统研究。提出了基于3D打印的镂空铸型。镂空铸型由壳型和外部的镂空结构组成。基于镂空砂型,建立了铸件冷却闭环控制系统,在铸造过程中实时监控镂空砂型与铸件的温度,通过反馈对镂空砂型实施控制冷却,进而实现铸件的可控冷却。提出了镂空砂型的设计方法。基于铸件的STL文件和有限差分网格模型,开发了镂空铸型的生成算法,自动生成随铸件各处厚度变化的变截面厚度壳型的镂空铸型模型,可直接用于3D打印。通过耦合ProCast与Ansys软件实现了采用镂空砂型的铸造过程热力耦合模拟仿真。针对应力框试件进行了数值模拟研究,得到了镂空砂型、铸件在铸造过程中的温度、应力和变形规律,发现镂空砂型强制冷却后冷却效率显著提高,能够降低铸件应力与变形程度;并对镂空砂型的结构进行了优化分析。针对应力框与楔形板试件,进行浇注实验,系统研究了采用镂空砂型情况下,自然冷却、整体强制冷却与局部控制冷却对A356铝合金试件的影响规律。实现了铸件铸造过程的可控冷却,获得了完好铸件。与传统密实砂型对比,镂空砂型在自然冷却下冷却效率提高20%以上,整体强制冷却下冷却效率进一步提高了32%,在控制冷却下变形量减小了43%,铸件抗拉强度提高了17%,屈服强度提高了11%,延伸率提高了67%,节省了型砂用量60%以上。将镂空砂型应用到了轮毂铝合金铸件上,节省了型砂用量,实现了轮毂镂空砂型的控制冷却,获得完好铸件;对比分析了控制冷却手段对轮毂铸件在冷却效率、应力变形、微观组织、机械性能等方面的影响规律;在控制冷却下,轮毂铝合金铸件的冷却效率提高了62%,铸件表面应力状态转变为压应力,同时提高了轮毂铝合金铸件的抗拉强度、屈服强度与硬度。