现代制造技术正朝着产品小型化和加工过程微型化的方向不断发展,用于加工微型零件的材料越来越难加工,加工精度却要求越来越高,这是当前微细加工技术所面临的严峻挑战。微磨料水射流加工技术(射流直径10~100μm)在近十几年来快速发展,已经实现对金属、合金、陶瓷、光学玻璃、半导体以及复合材料等难加工材料进行微细加工,因其在加工中无热影响区,不改变工件的材料性能,已在微细加工领域得到广泛的应用。本文首先根据微磨料水射流基本理论,设计出前混合式微磨料水射流加工系统,主要包括供压系统、供料系统、喷射系统、运动控制系统以及辅助装置5个部分,通过对各个系统元件的选型和结构设计,成功研制出微磨料水射流加工系统。系统的最大工作压力为35MPa,能够实现磨料的均匀和稳定供给。采用平均直径为1.8μm的氧化铝磨料,通过出口直径为97.8μm的喷嘴可以形成微细磨料水射流。其次在流体力学和计算流体力学的理论基础上,利用Fluent对喷嘴内外流场进行数值模拟。以圆柱形、圆锥形和锥直形3种喷嘴为研究对象,采用多相流中的VOF模型和DMP模型对喷嘴内外固液气三相流场建立仿真模型并计算,综合分析流场中的压力和速度分布、射流的核心段长度以及射流的集束性,发现圆锥形喷嘴比较适用于微磨料水射流加工,并研究了喷嘴长度和锥角对射流流场的影响,从而优选出喷嘴结构参数。随后通过实验验证了仿真模型的准确性。最后运用所研制的前混合式微磨料水射流加工系统对厚度为0.1mm的不锈钢薄板进行切割加工实验,所形成的切口为上宽下窄的倒梯形。通过研究喷射压力、喷射靶距、进给速度和磨料浓度对加工效果的影响,发现进给速度和磨料浓度对切口宽度影响比较显著,喷射压力和磨料浓度对加工效率影响比较显著。在射流核心段范围内,喷射靶距的变化对加工效率的影响不显著。喷射压力、喷射靶距和磨料浓度的提高以及进给速度降低,都会导致切口变宽。该系统对0.1mm厚的不锈钢薄板切割的最小特征尺寸为100μm以下。最终利用该系统实现了复杂图形及图案的加工,并具有良好的加工质量。