模切刀具直接决定了模切装备的性能,大尺寸旋转模切刀通常采用整体铣削或镶装方法成形,容易出现材料损耗大、废品率高、可靠性差等问题,主要原因是刃口硬度不够,耐磨性能差,以及高耐磨材料成形难以控制的原因。高性能的刃口要求刀体韧性高,抗变形和断裂能力强,同时刃口硬度高、耐磨而不崩刃。针对模切刀具刃口的性能要求,分别进行芯部和外部的成形工艺研究,并最终实现二维梯度材料刃口激光熔覆成形。首先,选取现有刀具材料高速钢为芯部材料。通过正交试验方法,研究激光功率、扫描速度和搭接率对高速钢多道搭接熔覆层的显微组织、残余应力、显微硬度等性能的影响规律。研究表明:熔覆层与基板具有明显的白色亮带,熔覆层与基体存在良好的冶金结合;从基体到热影响区到熔覆层,显微硬度逐渐变大;以熔覆层显微组织无明显缺陷,残余应力小作为评价指标,确定一组高速钢多道搭接的最佳工艺参数为激光功率1100W,扫描速度10mm/s,搭接率30%。其次,根据耐磨性好、硬度高的刃口表面性能要求,通过配制钨镍硬质合金、钨钴硬质合金和钨钴钼镍硬质合金3种硬质合金粉末进行熔覆对比研究,以显微组织无缺陷和硬度为评价指标确定硬质合金的最佳工艺参数及粉末配比。通过试验发现,钨钴硬质合金熔覆层存在明显缺陷;钨镍硬质合金的硬度低于75HRC,满足不了要求;钨钴钼镍硬质合金熔覆层显微硬度达到80HRC,满足刀具的硬度要求。比较钨钴钼镍硬质合金熔覆层与高速钢熔覆层的耐磨性,该硬质合金耐磨性是高速钢耐磨性的4.03倍。最终,选择钨钴钼镍硬质合金为二维梯度刃口熔覆层的外部材料。再次,在确定了二维梯度刃口内外两种材料及工艺后,用这两种材料进行异材搭接研究。研究不同搭接率和搭接顺序对搭接区平整度、残余应力的影响。搭接宏观表面的研究表明:先熔覆硬质合金、后搭接高速钢,会因为搭接互熔,硬质合金熔覆层热冷不均,受热膨胀后产生了热变形导致了裂纹,从而在搭接区域出现裂纹;先熔覆高速钢、后搭接硬质合金,因为高速钢的耐热性和热硬性高,变形小,熔覆层没有明显缺陷;当搭接率为40%时,搭接的效果最佳。最后,在获得异材搭接的研究和控制方法的基础上,进行二维梯度熔覆层的制备,符合三角形状预期要求,没有明显缺陷,且由内到外两个方向上,硬度呈现梯度增大的变化,满足梯度刀具的要求,可为大尺寸旋转模切机刀锟刃口制造提供新方法。