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空化水喷丸是利用空化水射流中空泡群溃灭的能量冲击金属零件表面,使其表面产生强化效果的一种新技术,具有表面质量好、绿色环保、通用性高等诸多优点。本文针对空化水喷丸技术中靶距和入射压力的选择缺乏依据、多工艺参数优化和强化机理的研究较少等问题展开了系统的研究,以期推动该技术的进一步发展与应用。本文的主要研究内容和结论如下:基于理论分析法建立了淹没空化水射流中单空泡的空泡动力学模型,利用MATLAB求解获得了其运动特性和压力脉动的变化规律。基于FLUENT对近壁面空泡溃灭进行数值模拟,得到了空泡到固壁面距离和空泡初始半径对空泡溃灭形态及力学作用的影响规律。基于FLUENT对不同入射压力（P）和喷嘴直径（d）下的空化水射流进行数值模拟,结果表明:射流空化性能随着入射压力和喷嘴直径的增大而增大,但是当P=40MPa左右时,继续提高入射压力对射流的空化性能影响较小,气相体积之和在d=1.8mm时出现了小幅下降。结合高速摄影实验研究了空泡云动态演变过程,结果表明:空泡云具有明显的初生-发展-脱落-溃灭的周期性;在相同入射压力下,空泡集中溃灭范围与喷嘴直径之比的值大致相同。在此基础上,确定了空化水喷丸相关工艺参数的选取范围。以TC4钛合金为例,引入空化水喷丸工艺参数优化所涉及的因素水平与评价指标,结合正交试验研究各因素对各评价指标的影响规律;并运用模糊数学综合评价法将多个评价指标转化为单目标进行优化分析,得到了工艺参数的优化组合为A2B4C3D3,即喷嘴直径为1.4mm,入射压力为40MPa,无量纲靶距为72.5,喷丸时间为27.5min,此时试样的表面残余压应力为846MPa,表面粗糙度为0.79μm,表面显微硬度为441HV,其综合评分为92.9538,在正交试验方案中最高。对TC4钛合金空化水喷丸的表面完整性及强化机理进行了研究,结果表明:空化水喷丸形成的凹凸形貌过渡区具有连贯平滑的特性,在高喷丸强度下表面粗糙度仅为0.79μm。塑性变形层层深在高喷丸强度下及过喷时基本达到饱和值:5560μm,部分粗大的α相晶粒内形成形变孪晶。随着喷丸强度的提高,表层晶粒逐渐细化并发生自纳米化。试样显微硬度场和残余应力场的影响深度最大可达130μm,除过喷情况外,残余压应力的最大值均出现在试样表面。在试样发生过喷时,其表面发生空蚀破坏,表面粗糙度和平均微观应变激增,表面显微硬度和表面残余应力出现较大的下降,该现象应予以避免。