В данной статье приводятся результаты исследования, направленного для решения проблемы обеспечения твердости наплавленных поверхностей после механической обработки. В качестве механической обработки предложены два способа термофрикционного фрезерования - традиционное термофрикционное фрезерование и термофрикционное фрезерование с импульсным охлаждением. Для проведения экспериментальных исследований выполнено планирование эксперимента и определено необходимое количество проводимых опытов. Для обработки были подготовлены специальные образцы с наплавленным слоем из наплавочного материала, который используется на производстве ТОО «Электровоз құрастыру зауыты» (г. Нур-Султан, Казахстан). Результаты экспериментальных исследований показали, что оба способа термофрикционного фрезерования обеспечивает повышение твердости наплавленной поверхности. Также изучено влияние режимов фрезерования на твердость обработанной поверхности. Установлены оптимальные значения режимов фрезерования, которые обеспечивают повышение исходной твердости обработанной поверхности.