热顶铸造很好地解决了常规铸造存在的一些缺陷如偏析、冷隔、缩孔缩松、裂纹等。然而由于数值模拟方法在热顶铸造方面的研究及应用较少,使得研究人员不能直观的了解到铸造过程中温度场、液穴及应力场的分布情况。本文使用ProCAST及其他辅助软件对7050铝合金热顶铸造过程中的温度场和应力场做了较为深入的分析,主要包括以下两个方面：1.通过自行设计的两套测温系统分别测得铸坯在一冷水和二冷水作用下的温度变化曲线。利用一维导热方程分别求解出铸坯与一冷水和铸坯与二冷水之间随温度变化的换热系数的数值。使用VC编程将求得的换热系数作为边界条件输入ProCAST中,求解铸锭的温度曲线,并将此温度曲线与实验测得的温度曲线对比,相互验证。对于铸坯与结晶器之间的换热而言,换热系数与铸坯温度成指数型递增趋势,且换热系数的最大值出现在温度为680℃时,其值为6147W/(m2.k)；对于铸坯与二冷水之间的换热而言,换热系数与温度间的变化趋势为先增大后减小,在温度为220℃附近达到最大值,且最大值为14763W/(m2.k)。通过温度场模拟发现,仿真得到的温度曲线与实验得到的温度曲线之间的误差在7%以内。2.使用ProCAST软件模拟了铸造速度、铸造温度及热顶结晶器内径对铸造过程中铸锭温度场、应力场、液穴及形核率的影响。研究发现,热顶铸造过程中初始凝壳点的位置随铸造速度的增大而下移。当铸造速度达到70mm/min时,初始凝壳点在热顶帽内部；当铸造速度达到85mm/min时,铸锭的初始凝壳点在结晶器内距结晶器上沿18mm处；当铸造速度达到100mm/min时,铸锭的初始凝壳点在结晶器内距结晶器上沿46mm处。液穴的深度随铸造速度的增大而增大,当铸造速度分别为70mm/min、85mm/min及100mm/min时,液穴的深度分别为142mm、156mm和187mm。三种铸造速度下的晶核形核率分别为1.215×1024、3.731×1023和6.043×1022。铸造过程中最大应力位置发生在铸锭表面或铸锭底部,且最大应力值随铸造速度的增大而减小,随铸造温度的增大而减小。综合分析考虑铸造速度和铸造温度对铸锭应力场的影响,得到了有效防止裂纹产生的铸造工艺。通过上述研究,明确了铸造速度、铸造温度及热顶结晶器内径对铸坯温度场、液穴、形核率和应力场的影响过程。为热顶铸造在实际生产方面的应用提供了较强的指导意义。