矩形花键轴主要应用于航空、机械和汽车领域,随着工况愈加复杂化,弱疲劳和低硬度已经成为矩形花键轴磨损失效的现实因素,这就要求其有更优的力学性能和更高的可靠性。为了提高表面硬度、耐磨性、滑动和滚动接触疲劳性能,同时最大限度地减少由于热处理工艺对材料内核造成的变形,该文选用电磁感应淬火技术对矩形花键轴进行淬火模拟。本文通过DEFORM软件进行数值模拟,先对矩形花键轴的无键轴部分进行二维数值模拟,得到感应器的形状、感应器与工件的间距、单频电源频率、电流密度、冷却方式、线圈速度对无键轴表面性能的影响。当温度达到淬火温度时,通过改变对流换热系数实现冷却方式的改变以进行淬火处理。静止线圈作用时,冷却方式的改变明显影响残余应力的分布区域,以200 W/（m~2·℃）为阈值,小于该阈值时,残余压应力主要集中在感应加热区域;大于该阈值时,主要集中在加热区域两侧。淬火后的硬度高达64.7 HRC,淬硬层深度稳定维持在6.3 mm。为获得最佳淬火工艺参数,利用正交试验的极差分析法进行参数优化,结果表明冷却方式的影响占据主导地位,自定义的电流密度比超音频范围内的电源频率影响程度大。接下来对花键轴部分进行三维数值模拟研究,并与无键轴的计算结果进行对比分析。如果仍然采用平面感应器进行感应淬火,花键与键槽会因感应加热温度分布不均从而达不到淬火要求,针对这一问题提出了三种解决方案,一是将线圈做成仿工件的形状;二是控制双频频率比,三是控制双频的作用时间比。通过多次数值模拟进行参数优化,得出最优频率比分别为40 k Hz、100 k Hz;最优高频、中频的单次作用时间分别为10 s、40 s。