高速冷滚打成形技术作为一种高效、绿色、成形精度高的塑性成形技术，已成为部分关键零件的主要加工方法之一，广泛应用于汽车、航空、机床等行业。高速冷滚打成形是一个牵涉到多学科的复杂成形过程，多因素的影响使得高速冷滚打的研究比较困难。目前对高速冷滚打的研究主要集中在运动学、动力学和滚打轮的设计方面，很少涉及到成形制件的表面质量，制件的表面质量中的加工硬化对其强度、抗冲击性等使用性能有很大影响。本文采用理论研究、数值模拟和试验研究相结合的方法，对高速冷滚打成形的加工硬化产生机理进行研究，以控制表面硬化程度、提高制件的使用性能，主要研究内容如下：研究流动应力与位错密度、位错密度与加工硬化指标的关系，得到加工硬化程度与流动应力息息相关；分析冷滚打热力耦合成形机理，得到加工硬化产生过程受到热力双重作用，阐明加工硬化的热力耦合机理。建立基于热力耦合作用的高速冷滚打有限元模型；基于不同接触状态研究高速冷滚打成形过程中金属流动规律，为后续深入研究奠定基础；分析冷滚打一次击打成形整体运动过程(包括空转阶段、打入阶段、打出阶段)，计算找到打入最深时刻、滚打轮脱离工件时刻滚打轮相对于初始位置转角，为后续分析提供理论基础。分析击打力和成形热单独作用对加工硬化的影响结果，得到击打力对加工硬化的强化作用、成形热对加工硬化的弱化作用；研究滚打轮转速、滚打轮形状、摩擦系数、不同滚打道次对冷滚打成形过程中等效应力场、齿形上硬度分布、分度圆的表面层硬度变化、齿形形状的影响规律；得到成形过程中击打力和成形热对加工硬化的影响非常明显，需要采取适当润滑措施，改善成形条件，减少成形过程产生的热量，以控制加工硬化程度；冷滚打参数对加工硬化程度均有一定影响，存在一组最佳成形参数，使得制件的加工硬化程度处在合理范围内，既能提高制件的成形质量和使用性能，又能延长滚打轮的使用寿命。进行加工硬化相关试验，研究冷滚打成形制件齿顶、分度圆、齿根处的加工硬化程度，得到齿根处硬化层深度最大，分度圆处显微硬度最大，齿顶处的硬化程度最小；对比分析了滚打轮转速为2000r/min和3000r/min时花键齿根和分度圆部分的表层硬度和硬化层深度。并将仿真结果与实验结果进行对比分析，验证了仿真结果的可靠性。