以钛合金和陶瓷为代表的难加工材料的机械加工工艺性很差,采用传统抛光方法极易产生细小裂纹和应力集中现象,影响了零件的综合性能。磨料水射流具有加工柔性高、无热变形区等特点,可实现对这类材料的精密抛光。本文分析了加工参数对射流能量影响规律,进一步研究了磨粒参数对材料去除的影响规律,在此基础上分析了磨粒对材料的抛光机理,并结合实验和仿真,构建了磨料水射流抛光回归分析模型,提出了工艺参数的优化策略。具体如下:(1)磨料水射流抛光基本理论研究。基于薄壁/厚壁出流的射流结构特性,阐述了射流初始段、核心段、消散段的能量分布;研究了射流的形成过程,在此基础上剖析了磨料水射流的固、液、气三相混合机制;基于弹塑性力学理论,阐述了单磨粒作用下的材料破坏冲蚀机理,进一步分析了射流作用于材料壁面的压应力和切应力关系。(2)射流能量控制及喷嘴结构优化研究。基于欧拉-拉格朗日原理,通过CFD技术构建了可用于对喷嘴结构的快速设计、对固—液—气三相加速和分布的准确追踪、对壁面与磨料碰撞分析的K-e磨料水射流内流场计算模型;分别分析了工艺参数对射流能量和喷嘴内部磨损的影响规律,在此基础上提出了改进的喷嘴结构,优化后的喷嘴提高了7.1%的磨料出口速度,减少了11.8%的喷嘴内磨损量。(3)磨料颗粒的微观冲蚀机理研究。基于显示动力学和光滑粒子学技术,构建了磨粒冲蚀材料的微观破坏仿真模型,基于模型分析了磨粒作用下凸峰的破坏演化过程,并具体分析了磨粒尺寸、磨粒形状、冲击角度、表面异形等参数对冲蚀质量的影响规律;在此基础上,完善了现有的磨粒抛光冲蚀机理,结果表明:磨粒尺寸与表面凸峰尺寸越接近,凸峰表面残留越少;磨粒与凸峰的接触面形状越相似,凸峰破坏去除越明显;冲击角度与工件表面相切时,可以有效去除表面凸峰和减少工件表面的损伤;锥形凸峰更易改变磨粒抛光轨迹,产生表面损伤残留,而球状凸峰更易导致表面裂纹;除现有的塑性剪切和脆性断裂外,射流磨粒抛光还存在塑性挤压机理。(4)磨料水射流曲面抛光工艺参数优化研究。通过单因素实验,研究了磨料流量、射流压力、横移速度及抛光角度等加工参数对抛光质量的影响规律,并基于正交试验和极差分析,获得了较优水平组合,得出了射流抛光的合理参数范围,进一步构建了面向抛光质量的回归分析模型,结合布谷鸟算法和适应性精英保留策略,构建了面向磨料水射流抛光的布谷鸟算法模型,并制定了对应的算法流程图;利用Matlab进行了回归模型的算法可视化运算,结果表明:算法优化后的工艺参数组合与实验初选优水平相比,抛光粗糙度平均下降了9.73%。