本文通过磨料水射流加工实验进一步优化磨料水射流加工的工艺参数,分析磨料水射流冲蚀硬脆材料所形成的凹坑形貌,研究材料去除机理。分析后混合磨料水射流加工中射流的形貌及形成机理,并对射流的速度、磨粒及能量分布进行建模,从理论上分析后混合磨料水射流加工效率和加工精度低的原因。开发前混合磨料水射流加工系统,解决后混合加工系统中存在的问题。通过抛光实验验证前混合磨料水射流加工系统的可行性,提高磨料水射流加工的效率和精度,扩大磨料水射流在高效和精密加工领域中的应用。研究了高压磨料水射流切割花岗石时主要工艺参数(水压、靶距、横移速度和磨料流量)以及被切割材料性能对工件切口形貌和尺寸(切口宽度、切口锥度和切割深度)的影响,建立了磨料水射流切割花岗石时的切口宽度、切口锥度和切割深度经验预测模型。结果表明,射流压力对切口形貌及尺寸的影响最大,其次是喷嘴横移速度和靶距,磨料流量对切口形貌及尺寸的影响较小。被切割材料的性能对切口尺寸有一定的影响,随切割材料的硬度和断裂韧度的增大,切口宽度和切割深度减小,而切口锥度增大。研究了高压磨料水射流冲蚀花岗石时材料的去除机理,材料是在冲击力、剪切力和水楔效应的共同作用下去除的。冲击力使材料产生网状裂纹,剪切力使材料产生塑性变形和切削变形,水楔效应会加速裂纹的扩展和材料去除。研究了高压纯水射流和磨料水射流对石材冲蚀凹坑的成形机理,分析了磨料水射流的形貌及速度、磨料、能量分布,建立了磨料水射流的速度分布、磨料分布及能量分布模型。结果表明,高压磨料水射流对石材表面冲击时形成“倒钟”形凹坑,凹坑直径和深度随靶距的增加而增大；而纯水射流冲击石材时形成了直径与混合管直径相当,边缘参差不齐的小孔。分析了后混合磨料水射流的形貌,磨料水射流从射流中心沿径向至射流边缘流速逐渐降低,磨料浓度逐渐增大。建立了后混合磨料水射流的速度分布、磨料分布及能量分布模型,分析了后混合磨料水射流加工精度和加工效率低的原因。设计和开发了前混合精密微细磨料水射流加工系统,研制了前混合磨料水射流混料系统和喷射系统,构建了前混合磨料水射流加工系统。并对该系统的流量和流速、射流形貌和尺寸、射流冲击力等性能进行了测试。结果表明,射流流量、流速和冲击力随压力的增加而线性增大。利用自制的前混合精密微细磨料水射流加工系统分别对硅酸盐玻璃、氮化硅陶瓷和微通道表面进行了抛光。结果表明,硅酸盐玻璃和氮化硅陶瓷抛光前后的表面质量得到了较大改善,硅酸盐玻璃的平均表面粗糙度(Ra)值由抛光前的2.32gm降低为抛光后的0.35μm。Si3N4陶瓷的平均表面粗糙度(Ra)值由抛光前的2.63μm降低为抛光后的0.34μm,表面粗糙度值都有较大幅度降低。有效的去除了微通道加工过程中产生的毛刺、飞边和微屑,提高了微通道的表面质量,证明了精密磨料水射流在硬脆难加工材料和微构件表面抛光方面的可行性。