旋转模切刀具作为旋转模切机核心零件之一,大直径刀具通常采用铣削或镶装的方法成形,存在材料消耗率高、装配复杂等不足。理想的模切刀具应该具备刀刃与锟体结合部韧度高,刀刃耐磨性好、硬度高且具有一定的硬度梯度分布的特点。针对大直径刀具的小尺寸刀刃性能特点和形状特征,利用激光熔覆技术在外圆曲面上制备具有良好的组织和元素分布,硬度分布、耐磨性及尺寸符合要求的单道熔覆层,为后续成形小尺寸模切刀刃提供参考。首先,研究了WC不同含量和尺寸对镍基熔覆层组织、显微硬度和耐磨性能的影响。研究表明,当WC含量较低时,WC颗粒主要分布在熔覆层的中上部,当WC含量较高时,WC在熔覆层中均匀地分布;小尺寸的WC主要分布在熔覆层的中上部,大尺寸的WC主要分布在熔覆层的中下部。随着WC添加量增多,熔覆层中的针状、块状和树枝状的增强相组织变多,强化整个熔覆层。10%WC的熔覆层硬度由上到下呈现变小的趋势且平均摩擦系数为0.447,优于基体。以此粉末配方进行后续试验。其次,通过多因素试验获得了激光功率、扫描速度及熔覆头Z轴抬升量与熔覆层高度、宽度及接触角的数学回归模型,揭示了工艺参数与熔覆层几何形貌之间的作用关系。并分别利用椭圆拟合和多项式拟合与最小二乘法结合的方法拟合得到熔覆层轮廓曲线,两种拟合方法得到的接触角与实际进行对比,多项式拟合方法总体上误差较小,椭圆拟合方法波动较大。最后,采用获得的试验材料和熔覆层轮廓拟合曲线建立曲面激光熔覆熔池数值模拟模型,并对模型进行试验验证。结果表明,试验和模拟获得的最高温度最大相对误差为8.61%。激光功率与熔池温度呈正相关,扫描速度与熔池温度呈负相关;激光功率增大及扫描速度的减小使熔池存在时间变长。激光功率和扫描速度均与熔池流速大小呈正相关。颗粒在熔池里的运动状态受到重力、浮力和拖曳力的合力的影响,熔池温度场流场和颗粒尺寸均会影响颗粒在熔覆层内部分布,较大的熔池内部流速和较短熔池存在时间会使熔池内颗粒最后分布在熔覆层中上部,大尺寸颗粒会更快到达熔池底部。