喷丸强化是提高金属零部件抗疲劳性能最有效的方法之一，前混合水射流喷丸强化技术作为一种新兴的表面改性技术，具有喷丸覆盖率高、受喷表面粗糙度值增加小、强化效果好等优点，易于实现绿色喷丸强化。本文应用理论分析和数值模拟相结合的研究方法，对前混合水射流喷丸喷嘴结构几何参数、喷嘴内外流场、电火花加工表面喷丸前后残余应力场进行了系统研究，为前混合水射流喷丸强化技术的工程实际应用提供了科学依据。　　基于表面工程学、断裂力学、晶体学、物理学、射流力学等学科，分析了金属疲劳断裂和前混合水射流喷丸强化机理，认为金属的疲劳断裂过程分为裂纹的萌生、裂纹的扩展和瞬时断裂三个阶段；前混合水射流喷丸强化对金属零部件表层材料的组织结构和残余应力均有改变，可有效抑制疲劳裂纹的萌生和扩展，提高了金属零部件的抗疲劳性能。　　应用FLUENT软件，对影响前混合水射流喷丸喷嘴出口8mm处离散相轴向速度的喷嘴3个主要参数进行了正交试验，并对喷嘴内外流场中连续相和离散相的运动规律进行了系统分析，得出3个主要参数的影响主次因素排序为：圆柱段长度、扩散角、收敛角；连续相轴向速度在喷嘴内外部均呈现显著地轴对称性，圆锥收敛段和圆柱段起加速作用，但圆柱段过长加大了连续相的沿程阻力损失，扩散段对连续相起减速作用，在外流区域轴向速度在轴心线上最大，射流核心段内连续相轴向速度基本不变；离散相在内流区域内轴向速度变化分为三个加速段和一个减速段，在外流区域内轴向速度分为二个减速段，第一段在射流核心段内离散相轴向速度下降缓慢，此段为喷丸最佳靶距范围。　　应用ABAQUS软件分别对电火花单脉冲放电应力场和前混合水射流喷丸残余应力场进行了系统分析，得出经电火花一个放电脉冲周期后，工件表面产生径向残余拉应力，内部径向残余应力主要为压应力；工件表面等效残余应力为拉应力，内部等效残余应力为拉应力；喷丸强化后靶体表面径向残余应力状态由拉应力转变为压应力，但尚有小部分残余拉应力存在，靶体表面对称轴处径向残余应力值比喷丸前降低了79.406％，靶体内部最大径向残余压应力比喷丸前提高了339.143%，靶体等效残余应力比喷丸前均有所提高，最大等效残余应力比喷丸前提高了361.656%。