问题概述：

电火花加工(Electrical Discharge Machining, EDM) 是1943年由前苏联物理学家鲍.洛.拉扎林柯夫妇发明的利用电能转变为热能来去除金属的加工方法。它通过工具电极和工件之间脉冲性火花放电产生的局部瞬时高温使工件和工具材料因熔融和气化被蚀除，并在各自的表面形成放电凹坑。电火花加工材料蚀除的过程就是连续放电下放电凹坑不断形成和不断叠加的过程。电火花加工具有加工过程不受材料硬度限制、无宏观作用力等诸多优点，自从被发明以来，在仅半个多世纪的时间里就获得了迅速的发展，电火花加工的新工艺和新方法不断涌现，已经成为制造领域一种极其重要的加工手段，是应用最广泛的特种加工方法之一，被广泛地应用于航空、宇航、模具制造等，并在微细化和精密化等加工领域发挥着不可替代的作用。

但是，电火花加工的放电极间现象非常复杂且具有随机性，放电蚀除过程发生在极短的时间内和极微小的具有液体或气体工作介质的空间内，涉及到等离子体放电柱的产生以及放电点处电极和工件材料的蒸发和熔融等瞬态高速变化的多物理场现象，这导致了无论是用实验观测的手段还是用理论分析的方法对电火花加工的微观物理过程进行研究都是极其困难的，因此电火花加工的微观放电蚀除机理至今仍未能被明确地解释。

电火花加工的极间现象通常被描述如图1所示，通常认为放电柱直径小于极间间隙，放电屑像灰尘一样非常小，很多小气泡悬浮在极间。经过研究者们多年深入的研究，发现图1的描述并不是完全正确的。实际上如图2所示极间几乎充满了气泡，而且放电屑的直径尺度与间隙宽度和电极表面粗糙度几乎相同，在连续放电的情况下，极间介质的击穿发生在放电屑集中的气泡边界或气泡内部。图3所示为重新认识的放电点极间现象。关于电火花加工微观蚀除机理，“过热蚀除说”认为，在电火花加工放电持续期间，极大的极间气泡压力抑制了电极材料的蚀除，熔融的金属材料处于过热状态。当放电结束时，气泡压力急剧减小至大气压，熔融区内的电极材料温度超过了大气压下的沸点开始爆沸，使得熔融材料被一举蚀除，因此提出了电火花加工“过热蚀除”的机理，基于该理论放电蚀除被认为是发生在放电结束后，但是实验观测表明放电材料蚀除大部分发生在放电持续时间之内。随着研究的不断进展，很多这样以往被公认和普遍接受的电火花加工理论和极间现象又被否定或重新认识。近年来，高速摄像技术的发展及其在电火花加工研究中的应用为观测电火花加工放电蚀除的极间微观现象提供了有效的手段，而同时随着计算机技术和相应数学算法的迅速发展，计算机模拟仿真技术也为电火花加工机理的研究提供了有效的途径。基于分子动力学的电火花加工放电蚀除过程模拟可从原子水平研究电火花加工放电蚀除机理，由于考虑了材料蚀除的动力学问题，因此成功地模拟出与实际相符的带有环状凸起的放电凹坑形貌；揭示了放电过程中熔融材料蚀除的原动力为熔融区内部的压力梯度及来自工具电极和工件材料受热气化产生的金属蒸汽，该金属蒸汽被喷射到极间并相互作用，从而产生作用于熔池表面的横向剪切力促使熔融材料被蚀除；成功地模拟出与实际相符的熔融区域蚀除比，指出放电蚀除率非常低，不到10%，大部分熔融材料并没有被蚀除而是残留在放电表面形成熔融再凝固层；蚀除材料一部分变成极间的放电屑，一部分到达并附着在对向电极表面，另一部分返回到被蚀除的放电表面；研究结果还表明在放电开始后材料去除便开始发生，且大部分的放电发生在放电持续时间之内。针对单脉冲电火花加工的材料蚀除过程进行宏观尺度下的热-流场耦合建模和热流体耦合模拟，可从电极材料本身的热学性质和流体动力学性质揭示电火花加工放电蚀除的热流耦合的实质。

但总的看来，电火花加工基础理论的研究相对滞后，电火花加工过程的本质和微观属性的信息仍很缺乏，在放电通道的形成、极间放电状态、极间工作介质的作用、极间气泡的作用、放电蚀除的驱动力、放电发生的时刻、放电能量的分配、放电蚀除率等方面仍然存在许多的未知，蚀除机理至今未能被明确解释，基础理论研究的滞后严重制约了电火花加工技术的进一步发展。

重要意义：

从微观角度明确电火花加工放电蚀除过程和放电蚀除机理，构建电火花加工放电蚀除的微观理论体系，对于进一步改善放电状态、提高放电稳定性、提高电火花加工效率、减小电极损耗或改善放电表面特性等的严重瓶颈，并促进具有变革意义的电火花加工新工艺和新方法的出现，促进电火花加工的进一步发展具有迫切的研究意义。