随着宇航业与航海工程的发展,零件材料的要求越来越高。TC4合金由于其比强度高、热稳定性好和耐腐蚀强等优异的特点,被广泛应用于航空航天的发动机领域,在航空发动机头部叶片上有成百上千个散热小孔,现代工业对小孔加工效率和小孔质量要求也越来越高,但钛合金材料的硬度和熔点高,应用传统加工方法难以达到加工精度要求。电火花加工技术是利用放电能量去除材料,达到加工目的,不受材料硬度限制,加工过程非接触不会产生宏观力,适合加工难切屑材料。采用K1C高速小孔机作为实验机床,在2mm厚的TC4钛合金板材上进行直径为0.5mm的小孔加工实验。选择四因素四水平正交试验表,确定峰值电流、电容、脉间和脉宽为工艺参数,选取小孔加工效率和小孔孔径差值为工艺目标。在正交试验结果上分析了单个工艺参数与单个工艺目标之间的关系,结果表明工艺参数对工艺目标的影响因子由大及小都是依次为峰值电流、电容、脉宽和脉间。利用灰关联度分析法探寻多工艺目标优化,即在高的加工效率前提下孔径差值尽量小。分析结果表明,电容是加工效率和孔径差的灰关联度值最大影响因子。借助超景深观测装置,对电火花加工后的钛合金小孔内表面质量进行了观测,分析了电参数对小孔表面的影响,小孔内表面是由无数个放电凹坑组成。结果表明在低峰值电流和窄脉宽条件下,凹坑往往是浅而小。为了获得较好的表面质量,应该选择较低的峰值电流和窄脉宽。在物理和数学模型基础上,确定高斯热源为加载热源,考虑了高斯热源与热对流的共同作用,使用了随温度变化的物性参数,采用焓值解决加工过程中的相变问题,结合随温度变化的放电半径,借助热分析软件ANSYS,进行单脉冲电火花加工钛合金的模拟分析,得到在不同峰值电流和脉宽条件下,放电点的温度场分布,以及电参数与蚀除凹坑大小之间的关系,在仿真结果的基础上通过公式计算得出加工时间,从而得到加工效率最后进行了相应的验证实验,实验结果得到的加工效率与仿真结果误差小于15%,仿真模型是有效的,能够预测钛合金小孔的电火花加工效率。