螺栓退刀槽表面易受应力集中而发生疲劳破坏，为提高螺栓退刀槽表面疲劳抗力，设计了一种螺栓退刀槽滚压工具。利用滚压轮与螺栓退刀槽有限元模拟结果指导滚压轮结构优化，采用确定优化参数的滚压工具进行滚压试验，通过滚压表面质量、断口形貌、疲劳寿命验证滚压轮参数优化的有效性。研究结果表明：当滚压轮材料为YG8、直径60 mm、型面夹角45°时退刀槽滚压表面残余应力结果最优；滚压轮圆弧半径为0.9 mm时残余压应力层最深，1.1 mm时次表层残余压应力值最大，1.2 mm时表面压应力最大。采用三种不同圆弧半径的滚压工具进行试验分析，圆弧半径为0.9 mm的滚压轮滚压后的螺栓疲劳寿命最高，确定了最优滚压工具结构。