近年来，随着我国提速、重载铁路货运战略的提出，轮轴作为走行部关键部件，其服役环境更加恶劣，疲劳失效出现多发情况，给安全和经济带来巨大隐患。为了从根本上提高轮轴疲劳性能，延长轮轴使用寿命，本文围绕机械加工残余应力和轮对压装质量两个研究重点，综合运用理论分析、仿真模拟和试验研究等方法，研究了冷加工质量保障的关键技术。主要研究结果如下：首先，分析了裂纹的分布区域和位置、裂纹的宏观形貌、萌生周期等规律，揭示了裂纹萌生原因的主要原因；并总结了冷加工阶段对车轴性能影响最大的两个因素；其次，试验统计分析了机械加工对表面残余应力分布特性的影响规律性，并通过有限元方法模拟分析了残余应力对车轴疲劳特性的影响规律，在此基础上提出了通过超声冲击改善车轴表面残余应力分布的状态的方法，试验结果表明，机械加工后的车轴表面应力转变为均匀的压应力，有助于提高了疲劳性能。最后，仿真分析了压装工艺过程，得出压装工艺参数对指标的影响规律，提出了判断轮对压装质量的四项评价指标；并通过正交试验优化了压装工艺参数，有力保障了压装质量。本文研究成果提高了轮对的冷加工质量，对铁路货运的安全性和经济性具有重要意义。