为解决在8万吨大型压力机上成形难变形材料（超高强度钢，钛合金等）时，传统模具剧烈变形，模具表层磨损严重，模具寿命低等问题，本文在铸钢基体双金属堆焊的基础上，提出一种“拳头式”锻模设计制造新方法，即将现有双金属梯度堆焊模具作为“拳头”的“骨头层”，再在其上增材一层具有良好高温稳定性的较软材料作为“拳头”的“皮肤层”。以某飞机用钛合金连接框热锻件为分析对象，通过分析模具在成形过程中的温度场以及应力场分布，初步确定了能够满足使用要求的“拳头式”锻模的基本结构：选用铸钢作为模具基体，铁基合金焊材RMD248作为模具的骨头层，两者之间采用铁基合金焊材RMD142过渡，皮肤层选用钴基高温合金焊材JLCo32以及镍基高温合金焊材CHN327两种。通过成形模拟初步确定了皮肤层的划分厚度。
　　针对该模具分层设计方法，采用熔化极混合气体保护焊方法制备了钴基高温合金和镍基高温合金的“皮肤层”堆焊试样，对两种堆焊材料在热处理前后的组织及力学性能进行了研究。结果表明：在经历了十次加热水冷循环之后，钴基高温合金JLCo32的主要析出相是碳化物，而镍基高温合金CHN327则析出了更多的??-Ni3Nb相。与镍基合金相比，钴基高温合金与铁基高温合金基体拥有更好的熔合界面以及更高的结合强度，且钴基高温合金硬度更高。钴基高温合金JLCo32的屈服强度和抗拉强度都高于镍基高温合金CHN327，但塑性较差。
　　采用有限元分析软件MSC.Marc进行了“皮肤层”堆焊过程的数值模拟分析，研究了堆焊厚度对模型温度场及焊后残余应力场的影响。影响规律如下：随着堆焊高度的增加，横向残余应力峰值从堆焊16mm的520MPa逐渐上升到了堆焊24mm时的626MPa，总的增幅达到了20%；纵向残余拉应力区域大小和应力峰值与堆焊高度成正比。以上表明从降低焊后残余应力的角度来说，在保证“拳头式”锻模“皮肤层”最低性能要求的基础上，并不适合提高“皮肤层”的堆焊厚度。此外，还研究了“逐层堆焊”和“逐道堆焊”两种堆焊路径对焊接残余应力场的影响，结果表明，无论是应力场分布情况还是峰值应力大小，“逐层堆焊”均优于“逐道堆焊”。