本文介绍了一项关于电化学加工（Electrochemical Machining, ECM）中抑制杂散腐蚀的研究，该研究由Jin Tao、Jinkai Xu、Wanfei Ren等作者共同完成，发表在2023年的《Journal of Manufacturing Processes》期刊上。研究团队来自长春理工大学的教育部跨尺度微纳制造重点实验室、机电工程学院以及吉林大学机械与航空航天工程学院。该研究提出了一种带有微槽结构的锥形阴极片，旨在通过增加阴极片侧壁与工件之间的距离来减少杂散电场强度，从而提高加工精度和表面质量。
电化学加工（ECM）是一种利用阳极金属的电化学反应从工件表面去除材料的加工方法。与传统加工方法相比，ECM更适合加工难加工材料，如镍基高温合金和新型钛合金。ECM具有无阴极损耗、表面质量好、工件无应力以及加工效率高等优点，广泛应用于航空航天、生物医学、汽车和武器等领域。然而，ECM在加工过程中存在杂散腐蚀问题，这限制了其加工精度和稳定性的进一步提升。为了减少杂散腐蚀，研究人员提出了多种改进方法，包括优化阴极进给方向、流场设计、阴极轮廓迭代校正以及能量场电化学复合加工等。
本研究提出了一种带有微槽结构的锥形阴极片，通过增加阴极片侧壁与工件之间的距离来减少杂散电场强度，并通过微槽结构增强电解液的液相传质。研究流程包括以下几个步骤：
电场模拟：通过建立二维模型，模拟了不同锥形阴极片下工件表面的电流密度分布。结果表明，随着阴极片锥角的增加，工件表面的电流密度逐渐降低，从而减少了杂散腐蚀。
流场模拟：通过建立三维模型，模拟了电解液在流道中的流动情况。结果表明，微槽结构能够减少电解液的流动阻力，快速带走电解产物和氢气，从而提高加工质量。
实验验证：通过实验平台验证了锥形阴极片和微槽结构的有效性。实验结果表明，使用带有微槽结构的50°锥形阴极片，能够成功加工出锥度为0.93°、表面粗糙度为0.566 μm的直纹面叶片。
电场模拟结果：随着阴极片锥角的增加，工件表面的电流密度逐渐降低，杂散腐蚀显著减少。当阴极片锥角为60°时，工件表面的杂散电流密度最低，加工精度最高。
流场模拟结果：微槽结构能够减少电解液的流动阻力，提高电解液的流动速度，从而快速带走电解产物和氢气，减少杂散腐蚀。
实验结果：使用带有微槽结构的50°锥形阴极片，能够显著减少叶片加工锥度、叶片尖端和根部的圆弧值，并降低表面粗糙度。与原始阴极片相比，叶片加工锥度减少了60.76%，叶片尖端和根部的圆弧值分别减少了44.15%和71.84%，表面粗糙度降低了37.32%。
本研究提出了一种带有微槽结构的锥形阴极片，通过电场和流场模拟以及实验验证，证明了该方法能够有效减少杂散腐蚀，提高电化学加工的精度和表面质量。该研究为高精度、高质量的直纹面零件电化学加工提供了一种有效的工艺方法，并有望在未来扩展到复杂空间曲面零件的加工中。
创新性：本研究首次提出了一种带有微槽结构的锥形阴极片，通过增加阴极片侧壁与工件之间的距离来减少杂散电场强度，并通过微槽结构增强电解液的液相传质。
实验验证：通过电场和流场模拟以及实验验证，证明了该方法的有效性，显著提高了加工精度和表面质量。
应用前景：该方法不仅适用于直纹面叶片的加工，还可以扩展到复杂空间曲面零件的加工，具有广泛的应用前景。
本研究还探讨了不同材料和不同长宽比工件的加工效果，证明了带有微槽结构的锥形阴极片在不同应用场景下的有效性。此外，研究还提出了一个数学模型，用于描述阴极片锥角与工件圆弧值之间的关系，进一步验证了实验结果的准确性。
总之，本研究为电化学加工领域提供了一种新的解决方案，具有重要的科学价值和应用价值。