杨洋，朱贤峰，燕冬，黄金城，张杨，何天

(华东交通大学，江西南昌330013)

7075 铝板由于在低温下具有超高强度、高硬度以及良好的耐磨性和抗腐蚀性能被广泛应用于航天制造领域。目前，国内外的飞机制造业中，飞机上下两翼的面壁板常常选用7075 航空铝板。为了使航空铝板在冲压成形时利于储油和润滑，更为了增强铝板表面喷漆时油漆的吸附能力，常常需要对铝板进行合理的毛化处理，使铝板表面具有均匀致密的小凹坑［1］。

电火花毛化因良好的可控性被广泛应用，如何选取合理有效的电参数，使经电火花毛化后的7075 航空铝板表面达到合理的工艺要求是毛化领域一个值得研究的问题。作者针对毛化实验后7075 航空铝板的表面形态结果，分析电参数对7075 航空铝板毛化表面Pc和Ry的影响，总结出有利于7075 航空铝板的电火花毛化电参数工艺。

1 实验及实验方案

为了合理地得出电参数选择对7075 航空铝板表面形貌的影响，采用正交实验法对电参数进行五水平配置，电极材料选择电火花加工常用的紫铜材料，在EA12D 电火花成型机上进行7075 铝板的毛化正交实验，设置放电电流为2.5，3.5，4.5，5.5，6.5 A 5 个具有代表性的数值，脉冲宽度为2，4，6，8，10 μs 5 个数值，脉冲间隙也为2，4，6，8，10 μs 5 个数值，具体技术路线如图1 所示。

图1 技术路线

2 实验结果及分析

2.1 实验结果扫描电镜定性分析

运用扫描电镜做4 个电参数下的50 倍放大图，观察表面局部微观放大图，具体如图2 所示，图(a)、(b)、(c)、(d)分别为放电电流逐渐增大的4个表面形貌图，仔细观察发现图(a)、(b)中表面较为清晰，有规律，表面微观除有细微气孔外，无明显表面缺陷，相反图(c)中有非常明显的裂纹出现，并有较为明显的气孔、浅坑。图(c)中的裂纹是由于电加工过程中电弧放电能量过大，造成工件材料冷热之间剧烈变化产生的热应力以及收缩应力过大导致的［2］。工件表面的裂纹有时候并不仅仅存在该材料的表面，有时候还会延伸至工件材料的变质层，情况严重时会造成工件力学性能失效。所以，评价一个工件是否有缺陷的重要标准是是否有裂纹［3］。从4 个图来看，尽量选用数值较小的放电电流，减少单个脉冲放电能量，将有利于减少工件材料表面裂纹的产生［4］。图(d)中放电痕迹明显，表面含有各种形状的熔融组织形成的飞溅物，并含有因熔融金属急剧冷却造成的球状附着物，球状附着物表面键结构较为脆弱，将严重影响表面质量，应尽量避免［4］。几个图中放电电流较大的图含有表面裂纹，气孔、飞溅物等比较多，因此，在满足电火花毛化相关工艺要求的前提下，应尽量选用较小的放电电流，以降低表面缺陷出现的概率。

图2 不同放电电流下50 倍扫描电镜图

图3为放电电流固定不变时，不同脉宽下毛化表面扫描电镜的50 倍放大图。

图3 不同脉冲宽度下50 倍扫描电镜图

可以看出:随着脉冲宽度的增大，表面凹坑直径相应增大，这正好验证了表面凹坑直径与脉冲放电能量大小有关的电火花理论。因为放电电流不变的情况下，增大脉冲宽度，就是增大脉冲放电能量。同图2(c)、 (d)一样，图3 (c)、 (d)纹理相比图3(a)、(b)而言显得模糊，表面出现球状附着物和飞溅物，但是相对于图2 (c)、(d)要少很多，而且大脉宽下也没有明显的裂纹和气孔。可见，虽然增大脉冲宽度会影响工件材料毛化的表面质量，但是相比增大放电电流，增大脉冲宽度产生毛化表面缺陷的概率相对要小些。

2.2 实验结果定量分析

用双管显微镜定量测量五水平毛化正交实验后各个电参数水平下毛化表面的相邻凹坑间距Pc，表面最大不平度Ry，并取平均值，测量后所得数据如表1所示，按照所得数据绘制成的曲线如图4 所示。

表1 各个正交水平下粗糙度相关数据

图4 电参数与表面粗糙度关系曲线

(1)放电电流与表面粗糙度相关参数趋势分析图4 (a)为放电电流与相邻凹坑间距Pc和表面最大不平度Ry之间的关系曲线，可以看出:Pc和Ry随着放电电流的增大而逐步增大，而且放电电流基数越高，增大的幅度越大。相比之下，在同样的电流数值下，相邻凹坑间距Pc的值较表面最大不平度Ry要大，而且放电电流的数值越大两者之间的差值越大。

(2)脉冲宽度与表面粗糙度相关参数趋势分析

图4 (b)中脉冲宽度与相邻凹坑间距Pc和表面最大不平度Ry之间的关系曲线，与图(a)大致趋势相同，脉冲宽度增大，相邻凹坑间距Pc和表面最大不平度Ry都增大，但是相比放电电流下的增大趋势要缓和，说明放电电流对这两者的影响相对较大。

(3)脉冲间隙与表面粗糙度相关参数趋势分析

观察图4 (c)，发现脉冲间隙与相邻凹坑间距Pc和表面最大不平度Ry之间的变化曲线近乎是水平线，只是相邻凹坑间距先随脉冲间隙略微上升后略微下降，而表面最大不平度则随脉冲宽度有升有降。

3 结论

在7075 航空铝板电火花毛化过程中，选用大的放电电流和脉冲宽度将会增大出现表面裂纹、表面气孔等表面缺陷的概率，所以在满足毛化其他工艺要求的前提下，尽量选用小的放电电流和脉冲宽度。

脉冲宽度和放电电流是影响表面粗糙度相关参数的重要因素，表面粗糙度相关参数都随着它们数值的增大而增大。其中放电电流相比之下比脉冲宽度的影响要大，所以选取电参数时，为了得到理想的毛化表面粗糙度，而又尽量不影响加工效率，应优先选用较小的放电电流。

【1】赵福令，郭剑鹰.特种工艺在毛化技术中的应用［J］.电加工，1998(2):4 －9.

【2】JIANG Jianfeng，HE Yonghui，YAN Yonggen，et al. Research on Laser Texturing Process and Surface Quality Control［C］//SPIE，2000:240 －243.

【3】曹凤国.电火花加工技术［M］.北京:化学工业出版社，2004.

【4】刘哲. 电火花加工技术［M］. 北京:国防工业出版社，2010.

【5】袁松梅，赵万生，刘雏东.微小型电火花加工装置的最新进展［J］.电加工，1998(6):1 －4.

【6】郭咏梅.电火花表面毛化及建模技术的研究［D］.大连:大连理工大学，2000.

【7】EGASHIRA Kai，MIZUTANI Katsumi.EDM at Low Open－Circuit Voltage［J］.Journal of the Japan Society of Electrical Machining Engineers，2003，37(85):18 －23.