超高压磨料射流能够满足高强度高硬度新型材料的切割市场需求,使得企业纷纷在该领域投入大量资金进行研究和开发。目前,欧美国家的磨料射流切割装备及备件占据全球85%以上市场份额。相对于国外,国内磨料射流设备的关键部件如增压器、切割头喷嘴等还主要依赖进口,在理论研究方面也相对滞后。因此,本文从工程实际出发,进一步研究超高压磨料射流切割系统涉及的压力脉动、超高压密封及切割头混合腔结构等关键技术和理论问题。主要研究工作如下:分析超高压系统压力流量脉动特性,建立多种稳压稳流量融合的时序控制技术。根据超高压增压系统工作原理,建立双组增压缸系统数学方程,并采用仿真技术分析评估柱塞运动相位差、蓄能器容积大小及双泵组时序控制对系统压力流量的影响,以确定时序控制对流量压力参数的影响规律,实现双组增压缸超高系统单双切割头射流流量压力的精确控制。利用间隙密封原理,设计一种圆筒形柱塞结构的超高压自补偿变间隙密封。为规避接触式密封件超高压下摩擦力大、寿命低等缺陷,并解决恒间隙密封泄漏量随工作压力升高而增大问题,将高压柱塞端部设计为圆筒形结构。通过分析圆筒形柱塞变形理论,解析计算柱塞高压端腔体受内外压力差作用产生的径向弹性变形量,并迭代计算不同工作压力、不同初始间隙下的间隙压力分布、间隙量分布及泄漏量,在弹性变形范围内自动调节柱塞与衬套间的节流间隙,解决增压缸高压柱塞往复动密封技术难题。采用静压支承技术对圆筒形柱塞进行导向支承,确保超高压变形柱塞与缸筒衬套在往复运动过程中同心对中。柱塞两端导向套内分别开设静压油腔,通过外部输入的压力油为柱塞提供支承力。当柱塞承受倾覆力矩载荷时,在保持油腔支承间隙不变的条件下,分析圆柱形滑阀反馈节流器的静压支承静动态特性,并设计一种圆台形滑阀反馈节流器,使其进油变量指数等于支承油腔排油变量指数,进一步提高静压支承系统抵抗偏载荷的响应能力。研究高速射流下的磨料混合机理,并分析不同混合腔结构对磨料射流参数的影响。通过数值仿真计算磨料水射流喷嘴内各节点的速度等参数分布,分析单向进砂、周向进砂磨粒颗粒的混合及加速特性,并比较切割头混合腔不同进砂方式的能量利用率情况。通过实验方法分析超高压射流增压系统压力稳定性,并比较不同进砂方式对磨料喷嘴的磨蚀。通过设置不同的射流水压、切割头移动速度、磨粒流量、工件厚度及工件强度等参数进行系列切割实验,探讨建立双向进砂磨料射流切割深度预测模型。