高速冷滚打成形技术是一种精密的塑性成形技术，具有材料利用率高、生产成本低、成形工件尺寸精度高以及表面质量稳定等优点。在高速冷滚打成形过程中，残余应力是影响成形件表面质量的一个重要因素，而加工过程中工艺参数的不同又影响残余应力的大小和性质，因此，深入研究工件表层残余应力的分布规律及工艺参数的优化方案具有重要的理论意义。通过40Cr调质钢的动静态压缩试验，确立了40Cr调质钢的本构方程，经数据拟合得到了本构方程中的相关参数；运用ABAQUS软件建立了高速冷滚打成形过程有限元模型，分析了成形过程的三个阶段，得出了工件表面中间凹陷、两侧突起是由塑性加工成形的体积不变规律和金属组织流动的最小阻力定律共同完成的。分析了高速冷滚打过程中残余应力产生的原因，并将残余应力进行分类，得到了冷滚打过程中残余应力的产生主要是由于内部晶粒的滑移；通过匹配转速、进给量、滚打轮圆角半径等成形参数，分析工件廓形及表层残余应力的分布，得到了各组成形参数对工件廓形及表层残余应力的影响规律；在加工表层已有一次击打残余应力分布的情况下，进行二次击打的有限元模拟，得到二次击打对已加工表层残余应力的影响规律。搭建裂纹柔度法实验平台，进行了高速冷滚打成形工件表层残余应力的实验研究，得到了残余应力在距工件表面0~0.8mm深度时为压应力状态，在距工件表面0.8~1.8mm深度时为拉应力状态；通过仿真结果与实验结果对比，分析了产生误差的原因，验证了实验结果的准确性。采用单因素试验方案，利用最小二乘法拟合出了残余应力随滚打轮转速、工件进给量、滚打轮圆角半径等工艺参数变化的曲线，得到了曲线相对应的拟合公式和拟合曲线的决定系数，并对各工艺参数的影响趋势进行了预测；匹配多组工艺参数并采用正交试验方案，通过分析多组成形参数对工件表层残余应力的影响，得到了滚打轮转速、工件进给量、滚打轮圆角半径影响工件残余应力的主次顺序，优化了高速冷滚打过程中的工艺参数。