随着我国工业水平的快速发展和变化,具有热稳定性高,价格便宜的4Cr2MoVNi的模具钢在大型热锻模具上得到了广泛的应用。但是在恶劣的工作环境中经过锻压机的挤压、坯料的冲刷磨损以及模具表面的冷热循环使得局部模具表面出现疲劳裂纹和严重磨损的现象,导致模具的使用寿命远远低于设计寿命。因此在加工制造行业中,对大型锻造模具表面进行分区域强化,增强模具的表面抗疲劳磨损性能,提升模具的精度和延长使用寿命具有巨大的应用价值和重要的实际意义。经实际调研发现,生产车间为提升模具表面耐磨性通常对模具进行整体强化处理。但是针对大型锻造模具而言整体强化处理存在明显的局限性:首先模具经过整体强化后并不能解决模具局部表面磨损严重的问题;其次刻意增加强化时间,增加强化层厚度会浪费加工资源,增加生产成本;最后模具表面整体硬度增加使其在循环应力的作用下加剧生成机械裂纹,导致模具报废。根据耦合仿生学理论得出生物在千百年的进化过程中会形成软硬相间的非光滑结构来抵抗生存环境所带来的摩擦接触。本研究在前人研究的基础上,结合耦合仿生理论,利用激光熔凝加工技术首次在大型锻造模具表面制备出不同结构和形态的耦合仿生单元体,分区域提高模具表面的抗疲劳磨损性能。并且与传统强化方法进行对比,分析影响模具表面疲劳磨损量的主次因素,验证区域强化手段在实际生产过程中的实用性。本文研究了耦合仿生单元体结构,形态和特征量对4Cr2MoVNi模具钢抗疲劳磨损性能的影响,对模具表面进行分区域强化处理并且验证在实际生产中的实用性。本研究设计了耦合仿生单元体面积占比分别为45%、60%的条纹状和网格状,面积占比为100%的密排状三种耦合仿生结构。在实验中通过控制热疲劳温度,激光能量和耦合仿生模型的单一变量总结影响模具疲劳磨损性能的主次因素。利用有限元软件对大型锻造模具表面的温度场、应力场和磨损量进行模拟分析。根据所得规律在模具表面温度、应力和磨损程度不同的表面分别制备不同耦合仿生单元体模型,并且对耦合仿生处理后的模具进行实际生产试验。研究结果表明:首先仿生耦合单元体模型面积占比越大,试样的抗疲劳磨损的性能越好;其中网格状仿生耦合单元体模型的抗疲劳磨损性能要优于条纹状仿生耦合模型;在所有模型当中,具有密排结构的试样的抗疲劳磨损性能最好。其次在不同疲劳温度,激光能量的试验下,研究表明密排结构的仿生耦合试样的抗疲劳最优,其次为网格状仿生耦合模型,最后为条纹状仿生耦合型;并且得出影响磨损量主要因素关系为仿生耦合模型种类(29)疲劳温度(29)激光能量,接着在模具表面分别采用153.5J/cm~2、161.3J/cm~2和174.5J/cm~2三种激光能量制备不同耦合仿生模型。最后在工厂实际生产过程中发现,在生产相同数量的锻件后,根据磨损程度不同的区域制备不同的仿生耦合模型组合可以增强模具的抗疲劳磨损性能,使得模具表面磨损程度达到一致。另外对具有仿生耦合表面的模具理论生产锻件数进行曲线拟合,由此得出分区域制备不同仿生耦合模型组合可使得模具寿命提高1.57-1.80倍。根据大型模具表面非均匀疲劳磨损的特点,制备不同的仿生耦合模型组合用以局部强化模具性能,可以提高模具的使用寿命,具有重要的实际意义。