电火花加工依靠电极之间脉冲火花放电产生的热量来熔化甚至汽化材料,将其从工件上去除可用于加工高强度、高硬度和导电材料。气中电火花加工具有环境友好、电极损耗低且加工设备利于集成具有较大的发展潜力。气中电火花加工产生的电蚀产物的排出仅仅依赖于间隙气流的吹动,间隙气流状态的分布规律决定了电蚀产物的运动状态和分布特点。此外,电火花加工放电蚀除过程非常复杂且具有随机性,目前对放电机理并不十分清楚。因此对气中间隙流场的状态分布和电蚀产物在间隙流场中的物理性质和流动状态具有重要意义。本文对电火花间隙流场进行了建模仿真分析并进行了实验,同时基于热流耦合的多相流模型对工件表面的材料去除过程进行了仿真研究。首先综合考虑了气中电火花间隙流场的特点并结合流体动力学建立了气中电火花加工间隙流场的仿真模型,并通过仿真结果和实验结果对比验证了仿真模型的有效性。对气中电火花加工三种工艺间隙流场状态仿真和电蚀颗粒运动的可视化,通过仿真发现,极间的气流的可压缩性对冲洗效率有较大影响,气流在加工间隙内运动发展时具有临界速度,因此本文采用质量流速代替冲洗效率;通过仿真获得了三种工艺不同条件下的间隙流场的特点,打孔加工间隙流场在孔口附近的冲洗效率接近于零,铣削加工间隙流场的冲洗效率在进给的反方向快速降低,同时间隙流场内部存在冲洗效率较差的涡流区域,间隙流场中的电蚀产物易在冲洗效率较差的区域沉积。其次对气中电火花打孔和铣削加工进行了实验研究。实验研究了不同加工深度和不同电极形状条件下摇动打工加工和铣削加工的加工效率和加工表面质量,实验结果表明,采用锥形电极加工获得了最高的加工效率,加工深度增加后,加工效率快速降低,且孔表面电蚀产物的黏附加重,加工质量降低。铣削加工后的表面可以明显观察到电蚀产物的沉积且部分电蚀产物表面光滑接近球形。实验结果验证了仿真分析结果的有效性,同时,实验中电蚀产物的沉积形貌中的凝固痕迹表明电蚀产物在极间的物理状态是影响气中电火花加工的深层因素。最后基于热流耦合的流体动力学对气中电火花加工材料蚀除过程中的温度场、熔池形成和熔池金属在间隙流场的运动和相变过程进行了仿真研究。基于高斯热源同时考虑了相变、多相流体流动、耦合传热、熔池受力和间隙流场等因素,实现了气中电火花温度场变化、熔池形成、电蚀产物抛出、电蚀产物在间隙流场中的相变和排除过程。仿真结果表明气中电火花加工过程中,电蚀产物以熔融的形式在间隙气流的作用下运动并排除间隙或黏附在工件表面,间隙气流和电蚀产物状态时影响加工表面质量的直接因素。提高气中电火花加工效率的可以从增大通气压力和加强冷却两个角度加以考虑。