磨料水射流技术是一种新型的水射流技术，应用非常广泛。国内外学者对磨料射流进行了诸多研究，由于磨料射流工作压力高、射流速度高以及喷嘴与流束尺度小等难点，对磨料射流加工机理的研究不够完善，数值计算及实验研究不充分。　　 本文在国家自然科学基金项目“空化射流过程中空泡尺度对空蚀机理的影响(50806031)”，“介观超高压射流的界面流动及失稳机理研究(51176065)”以及江苏省重大科技成果转化项目(BA2009001)子项的资助下，对不同磨料射流喷嘴在相同工况下进行切割实验，选出最优喷嘴，分析该喷嘴在纯水射流条件下的轴截面速度分布以及冲击后加工试样的残余应力;对多磨料加工的瞬态过程进行数值计算，分析模型试样的等效应力和应变情况;对一种典型的钛合金TC4进行变工况切割实验，利用电镜和轮廓扫描仪对试样断面进行显示，从微观角度入手，分析切割质量与切割参数的关系，并进一步完善磨料射流加工机理。　　 本文研究的主要内容和结论如下:　　 1、对18个超高压纯水射流条件下切割性能较好的喷嘴在磨料射流条件下进行切割实验，结果表明纯水射流条件下切割性能最好的喷嘴在磨料射流切割实验中，其切割效率不是最高的;孔径为0.33mm的普通喷嘴的切割效率最高;在磨料射流加工薄金属板材的过程中，切割断面上下两侧切缝的宽度之差可以作为定性地判断切割断面质量的依据，差值越小，质量越高。对射流轴截面速度分布的测量表明，高速射流中存在射流核心区，该区速度量值较大，但其分布存在一定的不规则性，且在该区外围存在明显的速度梯度;射流核心区提供了破坏固体壁面的主要能量。对磨料喷嘴和纯水喷嘴产生的射流冲击材料所引起的残余应力进行测量表明，两种射流冲击材料后所产生的最大残余应力值接近，磨料喷嘴在一定时段内冲击材料可减小材料内部由于生产工艺而产生的残余应力。　　 2、利用商用软件ANSYS/LS-DYNA中的Johnson-Cook模型对射流束外缘处磨料、射流束中心处磨料及平均速度下的多磨料冲击不同厚度钢板的瞬态过程进行数值计算。结果表明，磨料射流切割材料时，工作压力越小，磨料受到的缓冲作用就越明显，磨料的动能转化为材料的弹性势能未被充分利用，因而切割效率降低;研究得到磨料水射流对钢板的破坏与磨料位置之间的关系:1）边缘处磨料速度较小，对钢板的冲击产生较小的形变，钢板表面出现微小的破坏，由于钢板的弹性势能较大，磨料被反弹;2）磨料速度在平均速度附近时，对钢板的冲击使钢板出现较大的形变，且表面的破坏较明显，此时磨料嵌入到钢板内;3）在射流中心处由于磨料的速度较大，直接将钢板穿透，钢板的形变量小于边缘磨料作用时的形变量。　　 3、对钛合金TC4进行切割实验，利用扫描电镜分析表明，磨料射流对塑性材料的破坏是由磨料拐角的划、棱的铲、面的推、以及多磨料间的协同作用所产生的塑性破坏和脆性破坏共同作用的结果;切割断面的质量主要是由射流束外缘处的磨料运动状况所决定。利用轮廓仪对切割试样进行形貌分析表明，在倾斜角度分别为5°、10°、15°、20°和25°的条件下，切割角度为15°时切割效率最高，10°时加工精度最好;切割角度为15°时，存在最佳切割靶距，并且当靶距在某一范围内变化时，靶距对切割断面的质量影响很小;加工靶距越大，断面的粗糙度就越高，加工精度就越差;在切割断面上，不同位置的粗糙度随切割长度的变化基本都可用一条直线去拟合，靶距和测量位置直接影响该直线的斜率。