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锭模是铸造生产过程中重要的设备。在浇注铸锭的过程中,锭模受到高温和热应力的作用,表面容易产生热疲劳裂纹而失效,因而热疲劳是锭模最常见的失效形式。热疲劳开裂不仅缩短了模具寿命,而且还降低了铸锭表面质量。因此,研究锭模在工作过程中的温度场、应力场及其变化情况具有重要的实用价值。仅通过实验的手段得到锭模温度场和应力场是非常困难的。随着计算机数值仿真技术的发展,使得锭模的温度场和应力场的计算机模拟成为可能。本文根据铅锭实际生产过程,首先通过对不同石墨形态的铸铁进行热疲劳实验确定铅锭模的材质,然后利用有限元法对铅锭模工作过程进行热-应力耦合模拟计算,以此为基础,最后对铅锭模的结构进行了优化。不同石墨形态铸铁的冷热循环热疲劳试验的结果表明：铸铁的微裂纹总是起源于石墨相,由微裂纹扩展形成的主裂纹通常是沿着石墨和两石墨相间最近的基体扩展；在20℃-650℃间的冷热循环条件下,球墨铸铁的抗热疲劳性能最好,蠕墨铸铁次之,灰铸铁最差。根据热疲劳性能结果,选择了球墨铸铁作为铅锭模具的材质。文中温度场和应力场数值模拟中锭模的热物性参数和力学性能均按QT600设定。论文分析了有限元数值模拟中关于温度分析和应力计算的有限元理论,并根据实际模型建立了凝固过程中的瞬态温度场及热弹塑性应力场的数学模型。通过ANSYS软件模拟计算出铅锭模工作过程的瞬态温度场,并通过实验验证了铅锭模关键点和铅锭中心位置温度随时间的变化,模拟结果与实验结果较为吻合。通过导入温度场模拟结果作为体载荷,模拟并分析了铅锭模在铅锭凝固过程中应力场的分布及变化,结果表明最大的应力出现在锭模两面相交处,据此推断出锭模在工作过程中容易出现疲劳失效的部位是锭模两面相交处。在斜度为20°的条件下,对壁厚分别为15mm、25mm、35mm和45mm的铅锭模的温度场和应力场进行模拟计算,得出壁厚为25mm的锭模的应力最小。在壁厚为25mm的条件下,对锭模斜度分别为8°、12°和20°三种情况进行应力场模拟,结果表明：在相同壁厚条件下,斜度对铅锭模的应力影响较小。综合考虑铅锭模的使用寿命、铅锭表面质量问题,最终确定铅锭模的壁厚为25mm,斜度为12°。