Bản chất vật lý quá trình gia công EDM đ-ợc giải thích bởi ba giai đoạn trong một chu kỳ phóng tia lửa điện nh- sau [1,17]:
1. Giai đoạn 1: hình thành kênh dẫn điện
Khi điện tr-ờng giữa hai điện cực tăng lên do việc đ-a chúng đến gần nhau làm cho vận tốc của các ion và điện tử tự do có trong lớp dung dịch điện môi ở giữa các điện cực tăng lên và bị hút về phía cực trái dấu. Điện tr-ờng sẽ mạnh nhất tại điểm mà khoảng cách giữa hai điện cực là bé nhất. Đồ thị hình 1.3 minh họa cho thấy điện áp thì tăng nh-ng dòng điện thì bằng 0.
Trong quá trình di chuyển, các ion và điện tử tự do (phần tử mang điện) va đập với các phần tử trung hòa làm tách ra các ion và điện tử mới. Cứ nh- vậy, số l-ợng các phần tử mang điện tăng lên, tính cách điện của dung dịch điện môi giảm đi. Điện áp đạt đỉnh nh-ng dòng điện thì vẫn bằng 0.
Khi khoảng cách giữa hai điện cực đủ nhỏ, làm cho từ tr-ờng và động năng của các phần tử mang điện đủ lớn dẫn đến hình thành một dòng chuyển dịch có h-ớng của các ion và điện tử, tức là tạo nên dòng điện. Dung dịch điện môi trở thành dẫn điện và điện áp bắt đầu giảm.
2. Giai đoạn 2: Phóng tia lửa điện và bốc hơi vật liệu
Tại kênh dẫn điện, năng l-ợng tập trung rất lớn, làm cho nhiệt độ tại đó rất cao (khoảng 10000oC). Dòng điện tăng nhanh còn điện áp tiếp tục giảm, hình 1.4.
Hình 1.7 - Sự phóng điện qua kênh dẫn điện [1].
Dòng điện trên cung cấp một mật độ năng l-ợng khổng lồ làm cho dung dịch điện môi bốc hơi cục bộ. Bong bóng hơi có xu h-ớng phình ra nh-ng do có độ nhớt nên chất điện môi tạo ra sự cản trở, hạn chế sự lớn lên của kênh phóng điện giữa các điện cực. Dòng điện tiếp tục tăng và điện áp tiếp tục giảm.
Gần cuối của giai đoạn này, nhiệt độ và áp suất của bong bang hơi đạt giá trị cực đại. Vật liệu của các điện cực tại nơi xuất hiện tia lửa điện bị bốc hơi bởi nhiệt độ cao. Bên cạnh đó còn có một l-ợng nhỏ vật liệu bị tách khỏi bề mặt các điện cực do s- va đập của các ion và điện tử lên bề mặt của chúng.
3. Giai đoạn 3: Hóa rắn hơi vật liệu và phục hồi
Máy phát ngắt dòng điện đột ngột, điện áp bị ngắt đột ngột, kênh dẫn điện biến mất. Dung dịch điện môi ở nhiệt độ th-ờng xung quanh tràn vào gây ra sự thay đổi áp suất đột ngột, nh-ng nhiệt độ thì không thể thay đổi đột ngột nhanh nh- vậy đ-ợc, điều này khiến cho kim loại nóng chảy bất ngờ và bị bốc hơi khỏi các điện cực nh- hình 1.5.
Hình 1.8 - Sự hóa rắn hơi vật liệu và phục hồi.[1]
Dung dịch điện môi lấy lại trạng thái ban đầu không dẫn điện. Hơi của vật liệu của các điện cực bị hóa rắn và đ-ợc dòng chảy của dung dịch điện môi đẩy ra khỏi lớp bề mặt chi tiết đ-ợc xem nh- là lớp đúc lại.
Những phần tử kim loại bị hóa rắn đ-ợc đẩy ra d-ới dạng các quả cầu nhỏ li ti phân tán trong dung dịch điện môi và phần hơi còn lại sẽ nổi lên bề mặt của dung dịch điện môi.
Một xung hiêu quả kết thúc. Kết quả là cả hai điện cực đều bị mòn nh-ng s- ăn mòn không nh- nhau, cực nào ăn mòn nhiều hơn (th-ờng là cực d-ơng) thì sẽ dành cho phôi, cực nào ăn mòn ít dành cho điện cực. Tuy vậy, điều này còn phụ thuộc vào chế độ phóng điện, cặp vật liệu và sự đấu cực.