电火花加工具有极其复杂的极间现象,并且其加工过程具有较大的随机性,材料蚀除过程发生在极短的时间和极小的空间内,使得实验观察其加工过程中各种现象的物理本质非常困难,所以电火花加工放电蚀除机理尚未被研究明确,严重限制着其发展空间。为从微观动力学角度分析电火花加工过程及其材料蚀除机理,本课题利用分子动力学方法,通过改进原有的能量输入方式与热源施加模型,对单脉冲微细电火花加工过程中工件材料的蚀除机制,放电凹坑形貌的形成过程进行了分子动力学仿真研究。研究表明,放电开始后,电极表面材料就发生了蚀除,并且电极材料的蚀除主要发生在放电持续时间内。且放电开始后,放电凹坑深度迅速增加,之后又逐渐变浅,直到放电结束后,其深度逐渐趋于稳定。造成这种现象的原因有三个:首先是因为有部分进入极间的已蚀除原子与其它在运动中的原子发生碰撞又重新回落到凹坑底部;其次是由于部分熔融区原子重新流回到凹坑底部;三是放电结束后,凹坑表面形成了晶格无序的熔融再凝固层,使得该区域内材料密度有所降低。同时,在对工件内熔融区压力的分析中发现,电火花加工放电期间,电极内部静水压力值明显高于电极表面静水压力,放电期间沿熔融区深度方向上形成的由电极内部指向电极表面的静水压力梯度分布是电火花加工过程中熔融区内电极材料去除的主要动力。本课题还对工件表面变质层特性进行了研究,发现在放电初期,表面变质层沿深度方向扩张剧烈,随后随放电通道的膨胀沿径向方向扩张明显,但在放电结束后,由于电极内部残余的热量仍然在进行热传导,使得工件的表面变质层持续扩张。且电极表面熔融区域范围在放电结束时刻左右达到最大,大部分熔融材料残留在凹坑表面从而形成了熔融再凝固层。同时发现,放电结束后热影响层仍然在扩张,但最终熔融再凝固层范围要远大于热影响层范围。此外,极微小能量下电火花加工的仿真结果表明,若放电功率选取合适,在微细电火花加工中可以使得材料熔化但不发生蚀除。同时,为更贴合实际电火花加工,本课题还对多晶材料的电火花加工过程进行了仿真研究,研究表明,与单晶材料的蚀除过程相似,放电开始电极材料即发生了蚀除,同时由于晶界的存在,多晶材料多以体积较大的原子团簇形式被蚀除。放电结束后,由于热源残余热量的热传导作用,使得电极内部材料的金相组织继续发生变化,其表面形成较为明显的热影响区。