以高流速多孔内冲液为特征的高速电弧放电加工技术,是利用电弧的热效应实现材料去除的一种新型电蚀加工技术。该技术既继承了传统电火花加工技术的优势,如没有宏观切削力、加工不受材料硬度影响等特点,同时又克服了电火花加工材料去除率较低的问题。因此,高速电弧放电加工技术在难切削材料的大余量高效加工领域具有广阔的应用前景。高速电弧放电加工技术作为一项新的放电加工技术,其单位电流的材料去除效率远高于电火花加工的事实说明两者在工作机理方面既有紧密联系又有重要区别。为了促进高速电弧放电加工技术进一步的推广和应用,需要对其加工机理进行全面系统的研究。本文设计了可实现对高速冲液条件下的单脉冲电弧放电现象进行观测的实验平台,对高速电弧放电加工的机理进行了由现象到本质的深入探索和研究。使用高速摄像机对在冲液条件下的电弧放电过程进行了观测和拍摄,同时使用光谱仪对电弧发射的光谱进行了采集和分析。基于得到的光谱应用双线法计算得到了电弧的温度范围。计算结果指出,电弧等离子体的温度远高于电火花等离子体的温度,是一种更高效的热源。拍摄得到的视频和照片表明流体动力断弧机制可以有效地防止稳态电弧出现并烧伤加工表面。高速摄像机还捕捉到了放电过程中加工碎屑的排出过程,表明在高速冲液的作用下,高速电弧放电加工产生的加工碎屑能够在加工过程中及时排出,而不是在放电结束后依靠放电通道坍塌后产生的爆炸力排出。此外,通过比较电极负极性和电极正极性高速电弧放电得到的蚀坑形貌,分析了为什么前者能获得更大的材料去除率而后者能得到更好的加工表面。本文通过理论分析和数学推导的方法,研究了介质击穿后放电通道扩张的规律。基于圆柱形等离子体放电通道变物质方式扩张的观点,在合理假设条件下,利用能量守恒定律,采用微元法推导出描述放电通道扩张过程的常微方程,进而积分得到了放电通道的扩张方程。单脉冲实验结果表明,得到的理论放电通道扩张公式能准确地预测蚀坑半径的变化规律。相比于以前的经验公式,该扩张方程除揭示了包括放电维持电压、峰值电流、放电脉宽对放电通道扩张规律影响之外,还指出了初始击穿半径以及电介质与放电通道半径之间的关系,具有更大的适用范围和外推空间。新推导的放电通道扩张公式指出,在放电过程中,放电通道是一个扩张的热源。因此在放电通道和工件接触的传热界面上总的传热时间不是处处相等,而是沿径向方向由中心到边缘逐渐减小,称之为时间累积效应。本文在放电通道扩张公式的基础上,进一步推导得到放电过程中时间累积效应的量化表达式,并据此建立了一个考虑扩张均匀热源的时间累积效应的有限元瞬态热分析模型,用于分析放电加工蚀除材料的过程。相比于以往的不考虑时间累积效应的高斯分布热源材料蚀除模型,新模型不仅能仿真得到更符合实际的蚀坑形貌,而且还能准确地仿真大脉宽条件下的放电加工材料蚀除过程。本文采用计算流体动力学软件对冲液流道内的流场状态进行了建模仿真,进一步研究了放电现象背后的机理。流场仿真结果表明:高速冲液时,在电极的下游侧存在一个负压区,从而引起负压抽吸效应。在此效应的作用下,熔池内的熔融金属被持续不断地及时带走,避免了熔融金属过热达到降低熔融金属充分吸收潜热的效果,从而提高了能量利用效率,并极大提高了材料去除率。观测实验结果表明,由于流体动力断弧机制的作用,高速电弧放电击穿后的放电过程按电弧形态变化方式可以划分为两个阶段,即放电通道扩张阶段和偏弧阶段。根据发现的这一现象,综合前面几章的研究结论本文最后建立了一个描述高速电弧放电加工材料蚀除过程的有限元热分析模型。在该模型中,放电通道扩张阶段采用上述考虑时间累积效应的均匀热源有限元热分析模型来描述;偏弧阶段则用一个半径逐渐减小的移动热源来模拟。结果表明,本模型可以准确地仿真出高速电弧加工产生的尾状放电痕并能与实验结果很好地吻合,因此可以用来解释高速电弧放电加工的机理。