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由于砂型模具耐压力不高，只能采用砂型重力浇注（图3-17）或者低压铸造（图3-18），而不能使用高压压铸。砂型铸造的优点是应用范围广，无论是大尺寸或小尺寸零件，结构简单或者复杂都能做，且砂的成本相对较低，还可以回收利用，是汽车铸造类零件小批量样件生产中最常用到的工艺，图3-19所示为砂型铸造电机壳体零件。它的缺点是砂模是一次性的，铸件冷却后必须破坏砂模，导致每个零件都是不同砂模生产出来的，在尺寸一致性上有一定的影响，而且效率不高，在汽车大批量生产中成本优势不大。目前在砂型铸造件研发和生产方面，德国和日本走在了前列。德国的EB公司主要制造发动机缸体，Grundwald主要制造汽车底盘、车身结构件；日本的Ryobi也是著名的汽车铝合金砂模零件生产企业。由日本公司研发并推广的使用转移涂料技术进行砂型模具成型的方法大幅提高了铸件的尺寸精度和表面质量，并且成本增加可控，对于一些精密铸件的应用有较大的意义。该工艺是基于原型直接喷刷涂料，再进行填砂紧实和烘干，涂料可以直接转移到砂型表面，完美复制零件的轮廓，从而获得精密且表面光洁的铸件。国内也有不少厂家和学者对砂型铸造的工艺进行提升优化，比如李明珠等研究了薄壁缸体表面黏砂烧结引起废品率高的问题，可以通过优化砂型工艺、涂料喷涂工艺来解决。
图3-17 砂型重力浇注示意图
图3-18 砂型低压铸造示意图
图3-19 砂型铸造电机壳体
本项目砂型样件的制作就是采用了低压铸造，它是通过控制熔化炉内铝液表面形成低压，使铝液在反重力作用下，由下而上进入型腔进行填充并冷却的工艺，而冷却顺序是自上而下。该工艺中，熔融铝液不会暴露在空气中，气体孔隙率和氧化缺陷最小化。这样生产的铸件组织致密、气孔少，可生产大型薄壁零件。
目前，常用的砂型铸造模具是采用分箱式砂型，简单点的零件使用两箱造型，复杂零件使用三箱造型工艺。分型面的选择原则通常要考虑出模、取件的方便，模具的简便性以及减少砂芯数量，方便下芯。浇注系统的设计，则要考虑金属熔液的填充时间、填充速度、浇道的数量和位置等多种因素。同时可以在热节处增加热铁来加快零件厚大区域的快速冷却和减少缺陷风险。冒口的设计，则可以使金属液中的残渣集中在冒口处，避免夹杂。
3D打印技术应用在砂型铸造中，可以通过激光烧结（SLS）覆膜砂制作砂芯或者沙箱，也可以直接制备一体式砂型，有别于传统的分箱式砂型。传统的工艺是采用手工造型，通常需要8～12周，而3D打印技术的应用提高了效率，大型薄壁件的生产周期可以缩短约1/3。图3-20和图3-21所示为江苏九银智能科技有限公司用3D技术打印的砂芯和电机壳体水道砂芯。
图3-20 3D打印砂芯
图3-21 3D打印电机壳体水道砂芯
砂型铝铸件的工艺过程主要包括造型制芯、涂料、下芯合箱、铝液压铸、落砂、切浇口冒口、机加工和热处理。本项目的铸件壁厚比较薄，主壁厚都在3mm左右，对铝熔液填充模具的难度很大，不仅需要保证金属液的温度和填充速度，也要控制压力。
本项目使用的砂型铸铝件工艺过程如下：
1）造型模具。由于是消耗品，每个生产零件必经该步骤。制作模样和砂芯之后并定位，砂模是通过将型砂填充到模箱中。当砂子夯实后，将模样移除时，会形成铸件需要的空腔。任何不能体现在铸件模样上的特征，都需要放置型砂做成的砂芯。有些型砂还需要进行烘干。
2）夹紧模具。模具成型后，先对模腔表面用润滑剂进行润滑，以便后续铸件和砂模的分离。然后，将模具的几个部分定位，并牢固地夹紧在一起，最终合型为铸型。
3）低压压铸。将砂型模具和压铸系统连通后，通过压缩空气，使熔化炉内的铝液通过升液管和浇口进入到型腔中并充满。铝液冷却凝固后，铸件的毛坯形状就会形成。大多数缺陷如收缩或者裂纹均出现在凝固阶段。整个工艺压铸过程主要分为升液阶段、充型阶段、增压阶段、保压阶段和泄压阶段。
4）落砂去浇口。凝固后，就可以对砂模进行破坏，取出铝铸件。随后，通过打磨、喷丸、切割等工艺去除铸件表面黏附的砂子以及浇口。
5）热处理。将零件放入热处理炉，按照零件的性能需求进行相关的热处理，在该过程中难免出现零件变形和尺寸偏差。这就需要通过对零件变形进行校正：需要在淬火前检查校形工具是否齐全，零件完成淬火后必须马上校形。
6）机加工。将热处理后的铸件根据定位要求放在工装上，按照需求进行机加工，获得需要的安装面或匹配面。
常见的砂型铸造的缺陷及失效模式有以下几种：
1）砂眼、针孔：在浇注期间，由于存在于砂模中气体的释放而引起的气孔类缺陷。它产生的原因通常是低渗透性、不良气体排放和砂模的高含水量。
2）砂流痕：浇注过程中砂模腐蚀导致的表面浸渍，该缺陷最终形成于铸造部件的表面中。
3）结痂：由于砂模表面的一部分在凝固过程中剥落并嵌入铸造表面。
4）表面夹砂、黏砂：铸造件表面由砂和金属的混合物组成，多是由于型腔的设计制造或者型砂的质量问题引起的。通过使用好的型砂，将砂模更硬地夯实可以最大限度地减少这种缺陷。
5）模具移位：由于上下箱体相对位置发生位移而引起的缺陷，导致铸件在分型线处存在缺陷。
6）砂芯移位：由于芯砂箱移位或者熔融金属的浮力引起的。