超声辅助滚压加工是一种新兴的表面处理技术,通过在传统滚压工艺上施加超声波振动的影响,来达到光整和强化表面的目的。超声辅助滚压加工技术与其它表面处理技术相比具有操作简易、覆盖面均匀、耗材少、污染小和加工效率高的优点。针对采用理论模型分析忽略摩擦、温度变化等局限及试验周期长、成本高等不足,本文提出了一种轴类件超声滚压的有限元仿真模型,并采用该模型综合研究了超声滚压加工过程中的工艺参数、尺寸参数及超声振动参数等对残余应力、表面粗糙度和加工硬化表面完整性评价指标的影响,然后通过田口方法分析确定了最优工艺参数。本文首先通过动态力检测试验确定了滚压头的运动方式。运用网格收敛性分析确定了有限元模型接触区域最小网格尺寸。基于赫兹接触理论和单点冲击有限元模拟分别得出不同滚压球直径和不同静压力下的压下深度,并进行对比。单点冲击有限元仿真结果与理论计算结果相一致,说明了有限元模型的可行性和有效性。其次,进行了连续超声辅助滚压运动学分析,确定了模拟加工参数,建立了连续超声辅助滚压轴类件有限元模型。采用该有限元模型进行仿真分析并与同样加工参数下的试验结果进行对比验证了有限元模型的有效性。然后使用不同的加工参数组合,模拟了不同滚压头直径、静压力、加热温度、主轴转速、进给量、振幅、摩擦系数和超声频率参数下,加工区域的残余应力与等效塑性应变。结果表明:经过超声辅助滚压加工,轴类件材料表面形成了切向和轴向两个方向的残余应力。在相同的加工条件下,切向残余应力通常小于轴向残余应力。随着静压力、超声频率和振幅的增加,两个方向最大残余压应力也随之增大;随着滚压球直径、主轴转速、进给量和摩擦系数的减小,两个方向最大残余压应力反而增大;随着加工区域加热温度的变化,两个方向最大残余压应力变化不大。等效塑性应变的最大值随着静压力、主轴转速、超声频率、振幅和摩擦系数的增大而增大;随着滚压头直径、进给量和温度的减小而增大。基于田口方法,以表面粗糙度为评价指标,通过正交试验设计进行超声辅助滚压工艺参数有限元仿真优化,通过方差分析确定不同工艺参数的显著性因素和贡献率。结果表明:最佳表面粗糙度的工艺参数组合为:滚压力150 N,主轴转速200 r/min,进给量20 mm/min。显著性顺序为进给量>滚压力>主轴转速,田口分析与方差分析结果相一致。在置信度为95%的方差分析下,得出对表面粗糙度参数(6影响最大的因素为进给量,贡献率为43.6%;其次为滚压力,为30.7%;最后为主轴转速,为19.1%。最后,进行超声辅助滚压工艺试验,研究进给量、静压力和振幅对于残余压应力最大值、表面粗糙度和表层显微硬度的影响。结果表明:随着进给量的减小,残余压应力最大值逐渐增大;随着静压力、振幅的增加,残余压应力最大值逐渐增大;而表面粗糙度则随着进给量的增大而增大,随着静压力和振幅的增大,呈现出先减小再增大的趋势;表层显微硬度则随着静压力、振幅的增大和进给量的减小而逐渐增大,验证了数值模拟结果的正确性。