楊洋，朱賢峰，燕冬，黃金城，張楊，何天

(華東交通大學(xué)，江西南昌330013)

7075 鋁板由于在低溫下具有超高強(qiáng)度、高硬度以及良好的耐磨性和抗腐蝕性能被廣泛應(yīng)用于航天制造領(lǐng)域。目前，國內(nèi)外的飛機(jī)制造業(yè)中，飛機(jī)上下兩翼的面壁板常常選用7075 航空鋁板。為了使航空鋁板在沖壓成形時(shí)利于儲(chǔ)油和潤滑，更為了增強(qiáng)鋁板表面噴漆時(shí)油漆的吸附能力，常常需要對(duì)鋁板進(jìn)行合理的毛化處理，使鋁板表面具有均勻致密的小凹坑［1］。

電火花毛化因良好的可控性被廣泛應(yīng)用，如何選取合理有效的電參數(shù)，使經(jīng)電火花毛化后的7075 航空鋁板表面達(dá)到合理的工藝要求是毛化領(lǐng)域一個(gè)值得研究的問題。作者針對(duì)毛化實(shí)驗(yàn)后7075 航空鋁板的表面形態(tài)結(jié)果，分析電參數(shù)對(duì)7075 航空鋁板毛化表面Pc和Ry的影響，總結(jié)出有利于7075 航空鋁板的電火花毛化電參數(shù)工藝。

1 實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)方案

為了合理地得出電參數(shù)選擇對(duì)7075 航空鋁板表面形貌的影響，采用正交實(shí)驗(yàn)法對(duì)電參數(shù)進(jìn)行五水平配置，電極材料選擇電火花加工常用的紫銅材料，在EA12D 電火花成型機(jī)上進(jìn)行7075 鋁板的毛化正交實(shí)驗(yàn)，設(shè)置放電電流為2.5，3.5，4.5，5.5，6.5 A 5 個(gè)具有代表性的數(shù)值，脈沖寬度為2，4，6，8，10 μs 5 個(gè)數(shù)值，脈沖間隙也為2，4，6，8，10 μs 5 個(gè)數(shù)值，具體技術(shù)路線如圖1 所示。

圖1 技術(shù)路線

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果掃描電鏡定性分析

運(yùn)用掃描電鏡做4 個(gè)電參數(shù)下的50 倍放大圖，觀察表面局部微觀放大圖，具體如圖2 所示，圖(a)、(b)、(c)、(d)分別為放電電流逐漸增大的4個(gè)表面形貌圖，仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)圖(a)、(b)中表面較為清晰，有規(guī)律，表面微觀除有細(xì)微氣孔外，無明顯表面缺陷，相反圖(c)中有非常明顯的裂紋出現(xiàn)，并有較為明顯的氣孔、淺坑。圖(c)中的裂紋是由于電加工過程中電弧放電能量過大，造成工件材料冷熱之間劇烈變化產(chǎn)生的熱應(yīng)力以及收縮應(yīng)力過大導(dǎo)致的［2］。工件表面的裂紋有時(shí)候并不僅僅存在該材料的表面，有時(shí)候還會(huì)延伸至工件材料的變質(zhì)層，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成工件力學(xué)性能失效。所以，評(píng)價(jià)一個(gè)工件是否有缺陷的重要標(biāo)準(zhǔn)是是否有裂紋［3］。從4 個(gè)圖來看，盡量選用數(shù)值較小的放電電流，減少單個(gè)脈沖放電能量，將有利于減少工件材料表面裂紋的產(chǎn)生［4］。圖(d)中放電痕跡明顯，表面含有各種形狀的熔融組織形成的飛濺物，并含有因熔融金屬急劇冷卻造成的球狀附著物，球狀附著物表面鍵結(jié)構(gòu)較為脆弱，將嚴(yán)重影響表面質(zhì)量，應(yīng)盡量避免［4］。幾個(gè)圖中放電電流較大的圖含有表面裂紋，氣孔、飛濺物等比較多，因此，在滿足電火花毛化相關(guān)工藝要求的前提下，應(yīng)盡量選用較小的放電電流，以降低表面缺陷出現(xiàn)的概率。

圖2 不同放電電流下50 倍掃描電鏡圖

圖3為放電電流固定不變時(shí)，不同脈寬下毛化表面掃描電鏡的50 倍放大圖。

圖3 不同脈沖寬度下50 倍掃描電鏡圖

可以看出:隨著脈沖寬度的增大，表面凹坑直徑相應(yīng)增大，這正好驗(yàn)證了表面凹坑直徑與脈沖放電能量大小有關(guān)的電火花理論。因?yàn)榉烹婋娏鞑蛔兊那闆r下，增大脈沖寬度，就是增大脈沖放電能量。同圖2(c)、 (d)一樣，圖3 (c)、 (d)紋理相比圖3(a)、(b)而言顯得模糊，表面出現(xiàn)球狀附著物和飛濺物，但是相對(duì)于圖2 (c)、(d)要少很多，而且大脈寬下也沒有明顯的裂紋和氣孔。可見，雖然增大脈沖寬度會(huì)影響工件材料毛化的表面質(zhì)量，但是相比增大放電電流，增大脈沖寬度產(chǎn)生毛化表面缺陷的概率相對(duì)要小些。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果定量分析

用雙管顯微鏡定量測(cè)量五水平毛化正交實(shí)驗(yàn)后各個(gè)電參數(shù)水平下毛化表面的相鄰凹坑間距Pc，表面最大不平度Ry，并取平均值，測(cè)量后所得數(shù)據(jù)如表1所示，按照所得數(shù)據(jù)繪制成的曲線如圖4 所示。

表1 各個(gè)正交水平下粗糙度相關(guān)數(shù)據(jù)

圖4 電參數(shù)與表面粗糙度關(guān)系曲線

(1)放電電流與表面粗糙度相關(guān)參數(shù)趨勢(shì)分析圖4 (a)為放電電流與相鄰凹坑間距Pc和表面最大不平度Ry之間的關(guān)系曲線，可以看出:Pc和Ry隨著放電電流的增大而逐步增大，而且放電電流基數(shù)越高，增大的幅度越大。相比之下，在同樣的電流數(shù)值下，相鄰凹坑間距Pc的值較表面最大不平度Ry要大，而且放電電流的數(shù)值越大兩者之間的差值越大。

(2)脈沖寬度與表面粗糙度相關(guān)參數(shù)趨勢(shì)分析

圖4 (b)中脈沖寬度與相鄰凹坑間距Pc和表面最大不平度Ry之間的關(guān)系曲線，與圖(a)大致趨勢(shì)相同，脈沖寬度增大，相鄰凹坑間距Pc和表面最大不平度Ry都增大，但是相比放電電流下的增大趨勢(shì)要緩和，說明放電電流對(duì)這兩者的影響相對(duì)較大。

(3)脈沖間隙與表面粗糙度相關(guān)參數(shù)趨勢(shì)分析

觀察圖4 (c)，發(fā)現(xiàn)脈沖間隙與相鄰凹坑間距Pc和表面最大不平度Ry之間的變化曲線近乎是水平線，只是相鄰凹坑間距先隨脈沖間隙略微上升后略微下降，而表面最大不平度則隨脈沖寬度有升有降。

3 結(jié)論

在7075 航空鋁板電火花毛化過程中，選用大的放電電流和脈沖寬度將會(huì)增大出現(xiàn)表面裂紋、表面氣孔等表面缺陷的概率，所以在滿足毛化其他工藝要求的前提下，盡量選用小的放電電流和脈沖寬度。

脈沖寬度和放電電流是影響表面粗糙度相關(guān)參數(shù)的重要因素，表面粗糙度相關(guān)參數(shù)都隨著它們數(shù)值的增大而增大。其中放電電流相比之下比脈沖寬度的影響要大，所以選取電參數(shù)時(shí)，為了得到理想的毛化表面粗糙度，而又盡量不影響加工效率，應(yīng)優(yōu)先選用較小的放電電流。

【1】趙福令，郭劍鷹.特種工藝在毛化技術(shù)中的應(yīng)用［J］.電加工，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】曹鳳國.電火花加工技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

【4】劉哲. 電火花加工技術(shù)［M］. 北京:國防工業(yè)出版社，2010.

【5】袁松梅，趙萬生，劉雛東.微小型電火花加工裝置的最新進(jìn)展［J］.電加工，1998(6):1 －4.

【6】郭詠梅.電火花表面毛化及建模技術(shù)的研究［D］.大連:大連理工大學(xué)，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.