类型a：学术研究报告
一、研究团队与发表信息
本研究由南京航空航天大学机电工程学院的Lin Liu、Zhengyang Xu（通讯作者）、Yuheng Hao和Yunlong Teng合作完成，题为《Electrochemical Cutting with Flexible Electrode of Controlled Online Deformation》，发表于2025年的《International Journal of Extreme Manufacturing》（IJEM），开放获取，DOI编号10.1088⁄2631-7990/ad8734。
二、学术背景与研究目标
科学领域：研究属于电化学加工（Electrochemical Machining, ECM）领域，聚焦航空发动机复杂构件的精密制造。
研究动机：随着航空发动机性能提升，其核心部件（如整体闭式叶盘）的流道结构日益复杂，传统ECM技术因工具阴极（阴极电极）不可变形，难以适应窄扭曲流道加工需求。
研究目标：提出一种新型“可控在线变形柔性电极电化学切割（FEEC）”方法，通过实时调控柔性电极的形变，解决传统ECM在复杂轮廓加工中的局限性。
三、研究流程与方法
1. 理论模型构建
- 电极变形模型：基于平面弯曲微分方程，建立弧线形和曲线形柔性电极的形变数学模型，输入为载荷，输出为形变轨迹。
- 加工轮廓预测模型：结合法拉第定律和ECM间隙理论，通过偏移电极半径与侧向平衡间隙（side balance gap）预测工件轮廓。
2. 多物理场仿真
- 流场仿真：使用CFD软件分析电极变形前后电解液流速分布，验证内喷流场设计的有效性。
- 电场仿真：通过COMSOL模拟电流密度分布，确认电极形变对加工稳定性的影响。
3. 实验验证
- 电极材料：选用弹性合金（Ni36CrTiAlMo8），兼具导电性、耐腐蚀性和抗弯性。
- 加工系统：设计专用实验装置，包含机床、电解液过滤系统和电源，通过压力传感器实时监测载荷。
- 实验设计：
- 探索性实验：以GH4169镍基高温合金为工件，测试不同形变量（0–6 mm）下的加工电流、表面形貌（SEM/EDS分析）和粗糙度。
- 形变观测实验：高速摄像机记录电极孔洞形变，验证结构稳定性。
- 多规格电极验证：对比R40-arc、R60-arc及凸凹曲线电极的加工精度。
四、主要研究结果
1. 加工稳定性
- 形变量≤3 mm时，电流稳定（60–80 A/cm²），表面粗糙度Ra 1.78–1.88 μm；形变量>3 mm时，电流波动增大，粗糙度升至Ra 2.65–2.71 μm，表面出现凸起。
2. 形变控制精度
- 理论模型预测误差随形变量增大而增加：1 mm形变时平均误差0.162–0.173 mm，3 mm时达0.334–0.365 mm。凹曲线电极误差低于凸曲线电极。
3. 流场与电场影响
- 正常形变范围内（≤3 mm），电极形变对电解液流速（24–30 m/s）和电流密度分布（60–120 A/cm²）无显著影响；超限形变会导致流速下降10%–15%，电流密度升高5%–7%。
4. 结构稳定性
- 侧壁孔洞在4 mm压缩/拉伸下圆度保持0.998–0.999，证实孔洞设计不影响电极形变。
五、研究结论与价值
1. 科学价值：
- 首次将经典力学引入ECM阴极工具，建立“力-电极-轮廓”耦合理论，拓展了多物理场ECM模型的边界。
2. 应用价值：
- 实现了窄扭曲流道（如闭式叶盘）的高效加工（进给速率0.6 mm/min），为航空发动机复杂构件制造提供了新方案。
3. 方法论创新：
- 提出“在线可控形变”策略，突破了传统ECM阴极不可变形的限制，加工灵活性提升显著。
六、研究亮点
1. 创新性方法：柔性电极在线形变技术为国际首创，获实验与仿真双重验证。
2. 跨学科模型：融合电化学、流体力学和弹性力学，构建高精度预测模型。
3. 工程适用性：选用Ni36CrTiAlMo8电极材料，平衡力学与电化学性能，可直接应用于高温合金加工。
七、其他发现
- 形变速率过快（>0.1 mm/min）会导致电解产物滞留，恶化表面质量，建议优化形变参数以平衡效率与质量。