超声滚挤压加工技术与传统滚压技术相比，具有对工件滚压力小，生产效率高等一系列优点，在交通运输、精密机床和航空航海等领域得到了广泛应用。超声滚挤压技术利用超声振动，使滚压头对工件表面进行高频冲击，从而提高其表面显微硬度，增加加工硬化程度。加工硬化过小，工件的耐磨性和疲劳强度均减小，而加工硬化过大会导致工件表面产生微裂纹，降低工件的抗冲击能力。本文以轴承套圈为研究对象，从理论、仿真和试验三个方面对超声滚挤压轴承套圈表层加工硬化行为进行研究。　　基于超声滚挤压加工原理，采用 GCr15 轴承钢试样进行力学性能试验，通过建立 GCr15 轴承钢超声滚挤压加工硬化模型，探究超声滚挤压加工硬化的形成规律，并建立硬度、应力与位错的关系模型，为后续的仿真与试验奠定基础。　　基于金属塑性成形规律与 GCr15 轴承钢压缩实验数据，建立 GCr15 轴承钢ZA 本构模型，为超声滚挤压数值模拟提供数学模型。采用 Solideworks 与Defrom-3D软件，建立超声滚挤压加工轴承套圈有限元仿真模型，对超声滚挤压加工轴承内圈过程进行仿真，并分析不同加工参数（工件进给量、转速、静压力、振幅）对轴承套圈应力应变与硬度的影响规律。　　基于超声滚挤压 GCr15 轴承套圈不同加工参数试验，采用显微硬度计对其试样进行硬度与硬化层的测量，分析不同加工参数对轴承套圈表层硬度和硬化层深的影响规律，结果表明：随着静压力的增长，硬度值与硬化层呈现增加的趋势；随着进给速度与转速的增大，硬度值减小。与仿真分析的不同加工参数对轴承套圈硬度的影响规律相吻合。　　基于超声滚挤压加工理论、仿真及试验，采用响应曲面回归分析法，对轴承套圈表层硬度进行不同加工参数交互作用的分析，得到二次响应曲面模型；采用二次响应曲面预测模型，对不同加工参数下的轴承套圈表层硬度进行预测，并验证其模型准确性。