冷滚打成形是一种新型的塑性加工成形技术,在制造业、运输业、重工业、宇航、重大战略装备等方面应用较为普遍。冷滚打花键表面质量与花键副的配合性质、耐腐蚀性、疲劳强度、耐冲击性、疲劳寿命、使用性能密切相关,影响花键的物理性能、力学性能,对评价冷滚打花键表面质量至关重要。因此,需要对冷滚打花键表面质量进行研究,确定出花键表面质量加工参数域,实现对加工参数的控制。分析冷滚打花键表面粗糙度产生原因,探究花键表面粗糙度主要影响因素,开展冷滚打花键表面粗糙度试验,运用灰色预测和响应曲面两种方法构建冷滚打花键表面粗糙度数学模型,扩大表面粗糙度加工参数范围,确定不同工作状况下冷滚打花键表面粗糙度加工参数域。结果表明,拉出顺打是冷滚打成形技术较为理想的滚打方式,选择合适的滚打轮可以减少击打深度对表面粗糙度的影响;从拟合精度、拟合难易程度、拟合曲线趋势三个方面可知,响应曲面法优于灰色预测法;对加工参数与表面粗糙度的轮廓作映射处理,确定出8、7、6级花键的表面粗糙度加工参数域。研究冷滚打花键表层残余应力产生原因,基于冷滚打成形花键表层残余应力试验,分析表层残余应力与加工参数之间的变化关系,利用试验结果构建残余应力响应曲面模型,扩大加工参数范围,确定承受不同冲击载荷的冷滚打成形花键表层残余应力加工参数域。结果表明,滚打应力、滚打热应力和滚打热引起花键表层金属产生相变这三者是表层产生残余应力的主要原因,且花键表层产生残余拉应力,次表层产生残余压应力;滚打轮转速在1428~2258r/min范围内,随着转速逐渐增加,花键表层残余应力呈缓慢减小趋势;工件进给量在21~42mm/min范围内,随着进给量逐渐增加,花键表层残余应力呈急剧减小趋势;对加工参数与花键表层残余应力的轮廓作映射处理,确定出小冲击载荷、具有一定冲击载荷以及较大冲击载荷的花键表层残余应力加工参数域。分析冷滚打花键加工硬化产生原因,进行花键表层加工硬化试验,研究加工参数与硬化层深、硬化程度、表层显微硬度之间的变化规律,运用试验结果构建冷滚打花键加工硬化模型,并验证模型的合理性与可行性,扩大花键表层加工硬化加工参数范围,确定不同载荷下冷滚打花键表层加工硬化加工参数域。结果表明,金相显微组织变化、滚打力和滚打产生的热引起花键表层产生加工硬化,滚打力引起的滚打热使花键表层显微硬度下降;滚打轮转速在1428~2258r/min范围内,随着转速的逐渐增加,花键表层显微硬度和硬化程度呈平缓下降趋势;工件进给量在21~42mm/min范围内,随着进给量的逐渐增加,花键表层显微硬度和硬度程度呈近似线性增长趋势;由复相关系数为98.56%,测试样本最大相对误差为0.903%,可知构建的冷滚打花键加工硬化数学模型切实可行;对滚打轮转速、工件进给量与花键表层加工硬化的轮廓作映射处理,确定出承受轻载、中载、重载的花键表层加工硬化加工参数域。由冷滚打花键表面质量各指标的加工参数域,确定出花键表面质量加工参数域。基于花键表面质量试验结果,运用主观赋权层次分析法和客观赋权熵权法求取花键表面质量各指标权重,对主、客观权重进行线性组合,构建组合权重理想点法。运用组合权重理想点法和基于信噪比的灰色关联度法决策出冷滚打花键表面质量最优加工参数组合,对花键表面质量加工参数域进行验证。研究表明,冷滚打花键表面质量各指标的重要程度依次为表面粗糙度大于残余应力大于硬化程度;冷滚打成形花键表面质量最优加工参数组合为滚打轮转速1428r/min,工件进给量42mm/min;决策出的最优加工参数组合在花键表面质量加工参数域内,从而表明确定出的冷滚打花键表面质量加工参数域真实可靠。