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,因此高速冷滚打成形技术具有广阔的应用前景。高速冷滚打成形多用于精密工件的功能表面,其质量直接影响产品性能水平,所以研究高速冷滚打成形中加工硬化行为对实际的工程应用有着重要的指导意义。为此本文采用理论分析、仿真模拟、实验研究相结合的方法研究高速冷滚打成形中表面加工硬化行为,为提高工件的表面质量及其使用性能提供理论基础。本文对高速冷滚打加工硬化现象进行阐述,研究高速冷滚打热力耦合成形机理,探讨高速冷滚打加工硬化热力耦合机理;分析加工硬化在微观和宏观方面的表现,建立加工硬化宏微观模型;分析冷滚打运动原理和特点,建立仿真模型。基于高速冷滚打成形过程中热力耦合作用下加工硬化机理,通过模拟仿真分析高速冷滚打成形工艺参数和其他相关因素对高速冷滚打微观组织及加工硬化的影响规律;进行高速冷滚打加工硬化相关试验,对不同冷滚打条件下的试样进行XRD、扫描、显微硬度实验,建立基于位错密度的表层硬度数学模型,分析不同冷滚打条件对工件不同部位加工硬化的影响规律。在温度场弱化效应和应力场强化效应综合作用下,加工硬化是位错产生以及位错之间相互作用的过程,位错密度贯穿于整个过程。基于加工硬化宏微观模型,得到位错密度、应变、温度对加工硬化率的影响规律。基于理论研究,结合仿真,实验可以得出,随着滚打轮转速不断增加,冷滚打过程中晶粒细化程度越明显,硬度越大,加工硬化现象越明显;随着进给量在一定范围内的增加,金属工件晶粒越细化,表面硬度越大,加工硬化现象越明显;随着温度的升高,位错密度减小,半高宽减小,表层硬度呈减小的趋势;而在同一温度条件下,随着应变速率的增大,半高宽增大,位错密度增大,表层硬度呈增大的趋势。晶粒在一定程度上都得到细化,并且齿根部组织成纤维状沿齿廓成形方向分布,得到很好地改善,大大提高了工件的机械性能。并且通过实验,验证基于位错密度的表层硬度数学模型的正确性,可以更好地从微观角度研究加工硬化行为。