热疲劳是模具最常见的失效形式,对于大锭铸模尤其如此,目前我国热作模具因热疲劳裂纹而失效的占模具失效总数的70%左右。热疲劳不仅缩短了模具寿命,也使液态金属进入热裂纹导致取件困难,降低生产效率,而且还降低了铸件表面质量。因此,研究铸模在工作过程中的温度、应力变化情况,设计长寿命大锭铸模,具有重要的实用价值。本文针对株洲冶炼集团的锌锭铸模圆角处产生裂纹现象,采用有限元方法,分析了铸模在工作过程中的热力行为,剖析了铸模的热裂失效原因,以此为基础,探寻了铸模使用寿命多因素的影响规律,对长寿命大锭铸模的结构进行了设计。1、在采用Pro/Engineer对铸模和锌锭分别进行三维实体造型的基础上,结合ProCAST铸造过程有限元模拟软件,对铸模在铸造过程温度场和应力场进行了仿真,得出了锌锭的凝固曲线和铸模的应力变化趋势,结合铸模材料的力学性能,剖析了铸模产生热疲劳裂纹的原因,为铸模的结构、浇注工艺改进打下基础。2、在不同铸模壁厚、材料、外壁结构以及铸锭浇注工艺条件下,对铸锭凝固时间、铸模的温度场、应力应变场进行了数值仿真,获得了上述因素对铸锭凝固速度、铸模应力应变的影响规律,由此,提出了铸锭生产效率高,使用寿命长的铸模结构设计方案和应用工艺。3、进行了不同结构铸模的铸锭浇注实验,对浇注过程铸模温度及应变进行了测试,与数值仿真结果进行对比分析,验证了不同铸模结构对其在浇注过程中的温度、应变的影响规律,同时也验证了前述研究的准确性。通过对锌锭铸模热力行为分析以及铸模使用寿命的多因素影响规律的研究,认为铸模的失效为热疲劳,铸模表面的裂纹为热疲劳裂纹,铸模受到的循环交变应力是产生热疲劳裂纹的主要原因,在获得影响铸模使用寿命多因素规律的基础上,对铸模进行结构、浇注工艺的改进,改进后的铸模在工作过程中受到的应力明显减小,从而延长了铸模的使用寿命。