2.2.2 电火花加工的机理

每次电火花放电的微观过程都是电场力、磁力、热力、流体动力、电化学和胶体化学等综合作用的过程。这一过程大致可分以下四个连续阶段：极间介质的电离、击穿，形成放电通道；介质热分解、电极材料熔化、汽化热膨胀；电极对材料的抛出；极间介质的消电离。

(1) 极间介质的电离、击穿，形成放电通道。任何物质的原子均是由原子核与围绕着原子核并且在一定轨道上绕行的电子组成，而原子核又由带正电的质子和不带电的中子组成，如图2-4所示。对于极间的介质，当极间没有施加脉冲电压时，两电极的极间状态如图2-5所示。当脉冲电压施加于工具电极与工件之间时，两电极间立即形成一个电场。电场强度与电压成正比，与距离成反比，随着极间电压的升高或极间距离的减小，极间电场也将随着增大。由于工具电极和工件的微观表面凸凹不平，极间距离又很小，因而极间电场强度是不均匀的，两电极间离得最近的突出或尖端处的电场强度最大。当电场强度增加到一定程度后，将导致介质原子中绕轨道运行的电子摆脱原子核的吸引成为自由电子，而原子核成为带正电的离子，并且电子和离子在电场力的作用下，分别向正极与负极运动，形成放电通道，如图2-6所示。

(2) 介质热分解、电极对材料熔化、汽化热膨胀。极间介质一旦被电离、击穿，形成放电通道后，脉冲电源将使通道内的电子高速奔向正极，正离子奔向负极，电能变成动能，动能通过带电粒子对相应电极材料的高速碰撞转变为热能。于是，在通道内正极和负极表面分别产生瞬时热源，并达到很高的温度。正负极表面的高温除使周围工作液汽化、热分解外，也使金属材料熔化甚至沸腾汽化，这些汽化的工作液和金属蒸气，瞬间体积猛增，在放电间隙内成为气泡，迅速热膨胀，就像火药、爆竹点燃后具有爆炸特性一样。观察电火花加工过程，可以看到放电间隙间冒出气泡，工作液逐渐变黑，并可听到轻微而清脆的爆炸声。

【机理解释2-1】 粒子轰击作用的直观解释

在放电通道内，电子、正离子在电场作用下奔向正极、负极的过程就犹如陨石从天外受到地球的吸引而撞击地球表面一样，由于陨石高速运动而发生的撞击，将产生巨大的热量，从而发生爆炸，形成陨石坑。

(3) 电极材料的抛出。通道内的正负电极表面放电点瞬时高温使工作液汽化并使两电极对应表面金属材料产生熔化、汽化，如图2-7所示。通道内的热膨胀产生很高的瞬时压力，使汽化了的气体体积不断向外膨胀，形成一个扩张的“气泡”，从而将熔化或汽化的金属材料推挤、抛出，使其进入工作液中。抛出的两极带电荷的材料在放电通道内汇集后进行中和及凝聚，如图2-8所示，最终形成了细小的中性圆球颗粒，成为电火花加工的蚀除产物，如图2-9所示。实际上，熔化和汽化了的金属在抛离电极表面时，向四处飞溅，除绝大部分抛入工作液中收缩成小颗粒外，还有一小部分飞溅、镀覆、吸附在对面的电极表面上。这种互相飞溅、镀覆及吸附的现象，在某些条件下可以用来减小或补偿工具电极在加工过程中的损耗。

(4) 极间介质的消电离。随着脉冲电压的结束，脉冲电流也迅速降为零，但此后仍应有一段间隔时间，使间隙介质消除电离。即放电通道中的正负带电粒子复合为中性粒子（原子），并且将通道内已经形成的放电蚀除产物及一些中和的带电微粒尽可能排出通道，恢复本次放电通道处间隙介质的绝缘强度，以及降低电极表面温度等，从而避免由于此放电通道绝缘强度较低，下次放电仍然可能在此处击穿而导致的总是重复在同一处击穿产生电弧放电的现象，以保证在别处按两极相对最近处或电阻率最小处形成下一个放电通道，从而形成均匀的电火花加工表面。