热处理畸变

热处理畸变（共9篇）

热处理畸变 篇1

汽车从动圆锥齿轮由于其结构特点, 在热处理过程热畸变较大, 是齿轮热加工较难处理的难点之一。热处理不当, 往往造成齿轮畸变超差, 出现大量次品或废品。为此, 通过控制从动圆锥齿轮原材料及预备热处理, 优化、改进热处理工艺, 合理选择淬火介质, 采用先进热处理装备等, 以解决热畸变问题, 提高从动圆锥齿轮精度, 降低热加工成本。

原材料及预备热处理

1.合理选择材料及其淬透性, 减小齿轮畸变

(1) 齿轮材料的分档采用20CrMnTiH钢制造齿轮时, 对一些易变形的小模数薄壁齿轮, 采用低淬透性钢, 使严重的变形问题得以解决。对一些大模数齿轮, 采用高淬透性钢, 可以解决大模数齿轮心部硬度低的问题, 使齿轮钢的淬透性带控制在≤7HRC, 并要保证同一批钢材的淬透性能控制在≤4HRC。表1为20CrMnTiH钢淬透性分档标准。

(2) 应用实例“东风”牌EQ1141G型汽车后桥从动锥齿轮, 材料20Cr Mn Ti H, 淬透性要求J9=35～4 2 H R C。选择两组不同淬透性的钢材, 高淬透性J9=44HRC, 中淬透性J9=36HRC, 各20件, 热处理工艺为920℃渗碳, 850℃淬火 (淬火压床为美国格里森537#) , 190℃回火。技术要求:热前平面度≤0.03mm, 热后外缘≤0.08mm, 内缘≤0.13mm, 表2为合格率统计情况。

从表2可以看出, 中、高淬透性材料的齿轮淬火变形合格率分别为95%和80%;低一些淬透性材料淬火畸变小一些, 合格率高一些。

2.亚温压床淬火工艺, 减小齿轮热处理畸变

载重汽车后桥从动锥齿轮, 尺寸为φ421mm (外径) ×φ228.6mm (内孔) ×53.04mm (厚度) , 材料20CrMnTiH3。技术要求为:渗碳淬火有效硬化层深度1.2～1.6mm, 表面与心部硬度分别为58～64HRC和心部硬度30～45HRC;端面平面度内缘≤0.20mm, 外缘≤0.10mm;内孔圆度≤0.15mm。

齿轮钢材淬透性已超过标准上限要求, 达到J9=39HRC (技术要求J9=32～38HRC) , 采用连续式渗碳炉经正常热处理渗碳, 出炉后直接上压床淬火。发现端面平面度严重超差, 端面内缘最大达到0.35mm, 外缘平面度最大达到0.30mm, 最后将连续炉内齿轮渗碳后空冷。虽采取了调整各项压淬参数、降低淬火温度等措施, 但效果都不理想。为此, 渗碳后采用亚温淬火。

(1) 亚温压床淬火工艺及检验结果将已渗碳空冷后的从动锥齿轮单层平放到箱式炉中进行亚温830℃加热, 并通过RX气体和丙烷气氛保护, 以免表面产生贫碳或脱碳, 保温60min后出炉迅速在压床淬火, 清洗、低温回火。检验结果:金相组织为碳化物1级, 残留奥氏体及马氏体2级, 心部铁素体4级, 表面与心部硬度分别为60HRC和32HRC, 热处理畸变为内缘平面度<0.1 0 m m, 外缘平面度<0.1 0 m m, 内孔圆度≤0.10mm。完全符合技术要求。

3.合理控制正火显微组织、晶粒度及硬度, 减小渗碳齿轮热处理畸变

合适的齿轮毛坯预备热处理不仅可以获得较均匀的显微组织, 而且可以消除应力, 为最终热处理减小畸变。

(1) 正火+高温回火工艺适用于淬透性很高的低碳中合金钢, 如22CrMnMo、20CrNiMo及20CrNi3等, 可得到硬度170～228HBW, 金相为铁素体和回火索氏体 (铁素体基体上分布的) 。

(2) 简易等温正火工艺设备采用两台台车式电阻炉, 其工艺路线为齿坯在1号炉高温加热 (940～960℃) →保温后出炉→空冷适当时间→进入2号炉进行等温 (550～650℃) →出炉空冷。其等温温度和时间根据齿坯钢材的奥氏体等温转化曲线确定, 得到正常的正火组织。本工艺适用于淬透性高、易产生粒状贝氏体的钢材, 如20CrMnTiH、20MnCr5、16MnCr5及22CrMoH钢, 得到硬度为156～200HBW, 金相组织为先共析F与伪共析P, 但消除带状组织效果不理想。

(3) 等温正火生产线技术等温正火工艺:正火的加热温度一般为A+c380～150℃, 奥氏体晶粒较大, 为此, 正火冷却需采用两段冷却或控制冷却的等温正火工艺, 使F与P的转变在很小的温度范围或同一温度下进行。显微相组织及硬度要求:采用端淬曲线带窄的H钢。带状组织控制在≤3级。正火显微组织应为晶粒5～6级的F与P和适中的硬度 (最好160～190HBW) 。

例1, 某汽车齿轮制造厂20CrMnTiH钢从动锥齿轮锻坯等温正火生产线工艺流程为, 上料 (装筐, 装料厚度约150mm) →高温加热 (950～960℃×150min) →风冷 (600℃, 采用10 000m3/h强风冷却, 时间≤15min) →等温 (600℃×75min) →空气冷却60min→300℃左右卸料。检验情况, 齿轮毛坯硬度要求控制在160～190HBW。齿坯表面硬度散差为, 同一批≤±13HBW, 同一件≤±8HBW;金相组织为均匀分布的块状F与片状珠光体P, 无粒状贝氏体等组织;晶粒度为5～8级。最终齿轮淬火畸变规律稳定。

为减少畸变, 提高基体组织强度, 预备热处理以采用调质处理比正火更佳, 不仅组织 (索氏体) 均匀细密, 而且基体强度比正火高 (调质与正火强度分别为90%和60%) , 同时提高了畸变抗力。

热处理工艺方面

BJ121型汽车后桥从动圆锥齿轮, 材料20CrMnTi。技术要求:渗碳层深度1.1～1.5mm, 表面与心部硬度分别为58～64HRC和33～48HRC, 内孔圆度≤0.075mm, 底平面的平面度内缘≤0.10mm, 外缘≤0.06mm。

(1) 齿坯的预备热处理原采用常规的一次正火, 现采用齿坯锻造后余热等温正火工艺。获得的金相组织为较均匀的粒状珠光体及少量铁素体, 硬度为160～185HBW。

(2) 稀土低温渗碳直接淬火工艺原工艺采用920℃渗碳, 降温出炉空冷, 然后于840℃进行二次加热淬火。设备原采用井式渗碳炉, 现改为密封箱式多用炉, 温度与碳势自动控制, 并采用稀土低温渗碳工艺 (见图1) , 渗碳温度880℃, 淬火温度840℃, 渗碳介质为丙烷气、甲醇和渗碳渗剂。与原工艺相比渗碳温度降低了40℃, 渗碳时间平均每炉缩短1.9h。

(3) 工装及装炉方式用加补偿环的方法, 变形控制效果不佳。为此采用两个齿轮背对背紧配合, 穿两个挂柱立放方式, 通过调整两个挂柱间距, 来保证齿轮畸变合格率。

(4) 淬火冷却在N46机械油中加入今禹Y15T添加剂。

(5) 检验结果碳化物1～3级, 马氏体与残留奥氏体2～4级, 对齿轮畸变进行100%检测, 平面度内缘≤0.10mm的占98%, 外缘≤0.06mm的占96%, 内孔圆度≤0.075mm的占100%。

淬火介质

目前, 汽车齿轮的热处理主要采用渗碳工艺, 渗碳齿轮淬火主要采用淬火油。淬火油包括普通机械油、快速光亮淬火油、快速淬火油、等温分级淬火油及真空淬火油等。

(1) 普通机械油常用N32和N15机油可用于模数小、工作负荷较小及简单齿轮的调质淬火工序。

(2) 快速光亮淬火油适合于低淬透性材料 (如低碳合金钢) 渗碳和碳氮共渗齿轮淬火, 或大截面中等淬透性 (中碳钢或中碳合金钢) 齿轮淬火, 保证齿轮淬硬层深度和淬火畸变。

(3) (厚大件) 快速淬火油可明显提高大截面中碳钢合金结构钢齿轮的冷却能力, 从而保证齿轮淬硬层深度和淬火畸变。

(4) 等温分级淬火油利用油温升高, 工件温差相对减少, 降低畸变的原理, 选择能在略低于Ms附近等温冷却淬火油——等温分级淬火油。其适合于中小模数、精密齿轮 (淬火畸变要求小) 淬火, 如壁薄变速器齿轮等, 齿轮淬入到100～200℃淬火油中, 并在油中停置一定时间, 直到沿整个截面达到均衡温度, 然后出油槽在室温空冷。如好富顿355等温分级淬火油对20Cr Mn Ti H钢从动齿轮渗碳淬火, 变形小 (0.01～0.05mm) , 可取消淬火压床压力淬火工序。

(5) 真空淬火油用于要求淬透性好的钢种和尺寸精度要求高的齿轮淬火, 其热处理畸变小。

先进装备

1.改进热处理设备与工序方法减小大直径齿轮渗碳淬火畸变

重型载重汽车单级减速器车桥大直径从动锥齿轮, 直径达495mm, 高度66.5mm, 产品单件质量为43kg。齿数Z=38, 模数m=13mm, 材料为SAE8822H。技术要求:有效硬化层深度1.80～2.20mm, 表面硬度58～63HRC, 齿心部硬度30～45HRC, 金相组织马氏体、残留奥氏体和碳化物为1～5级、表面网状非马氏体组织层深≤0.025mm;畸变要求内孔圆度≤0.15mm, 外缘平面度≤0.10mm, 内缘平面度≤0.20mm。

原工艺渗碳和缓冷处理采用带缓冷室的密封多用炉, 二次加热采用转底炉完成, 压淬采用Y9050B淬火压床。检验结果变形合格率仅为60%左右, 而且有部分表面有脱碳情况。

(1) 新工艺流程毛坯锻造成形→预先等温正火→金属切削→渗碳→淬火压床加压淬火→回火→精车内孔→齿轮配对→抛丸→磷化→包装入库。渗碳淬火改用双排连续式渗碳自动生产线, 渗碳后可直接入油淬火 (主动锥齿轮) 或进入保温室由机械手取料进行压力淬火 (从动锥齿轮) , 工艺见图2。

(2) 压淬工艺及效果齿轮内孔涨孔压强3～3.5MPa;采用脉动施压, 频率20次/min, 齿部压强5～5.5MPa;淬火油为好富顿快速冷却K油, 淬火油流量三级开关全部打开, 压淬时间5min。检验结果畸变控制在合格范围内, 基本消除表面脱碳问题。

2.改进热处理设备与工艺减小齿轮热处理畸变

“跃进”牌载货汽车后桥主、从动锥齿轮, 材料20CrMnTi, 技术要求见表3。从动锥齿轮原采用渗碳后空冷, 在二次加热淬火后用淬火压床, 一次合格率在85%～95%, 余下的重新压淬。

现渗碳设备采用意大利LINDBERG及美SURFACE公司的多用炉, 有效地控制碳势值及CO、CO2、CH4值。渗碳后直接淬火。

工艺措施:

(1) 原材料成分控制对齿轮材料纯净度、晶粒度、淬透性等指标作出规定。

(2) 等温正火毛坯锻造后采用等温正火, 加热温度 (960±10) ℃, 检测部位为粗车后测量小平面上等半径相隔120°三点位置, 产品正火后硬度控制在165～190HBW, 同一锻件硬度值相差≤10HBW, 同一批锻件硬度值相差≤20HBW。用保证正火均匀性的办法, 保证和控制后期渗碳淬火的变形。

(3) 设计并改进工装确保装夹平稳可靠, 在设计从动锥齿轮工装时确保淬火油的流量内外均匀, 既保证表面硬度、心部硬度、金相组织符合要求, 更需考虑变形量在合格范围内。淬火油选用好富顿的淬火油HQG, 控制淬火油温, 淬火油搅拌状态, 冷热配合。

3.利用淬火压床减少齿轮淬火畸变

“解放”牌1t轻型车从动锥齿轮技术要求:材料20CrMnTiH钢, 淬火后内控圆度≤0.03mm, 底面平面度≤0.06mm, 表4为美国格里森537#脉动淬火压床淬火工艺参数。采用淬火压床后齿轮变形均控制在技术要求范围之内。从动圆锥齿轮压床模具结构见图3。

1.套圈2.涨块3.中心杆4.外压环5.内压环6.扩张器杆7.齿轮8.螺钉

4.采用齿圈模压式感应淬火和回火新技术控制高精度齿轮热畸变

模压淬火是针对已经加热的零件, 采用多用炉或转炉, 通过人工或自动转移机构将已经加热的零件转移到压力淬火机床上加压淬火, 随后通过输送机构再转移到清洗机清洗, 然后进入回火炉回火。

(1) 最新感应加热模压淬火技术德国EMA的最新模压淬火工艺融合了感应淬火和压力淬火工艺的优点, 热量在工件内部直接产生, 没有热传导损失, 加热时间短, 节能;加热/淬火迅速, 过程易于控制, 重复性好;易于形成生产线, 效率高;没有污染;变形小, 工件最终尺寸精度高;硬化层分布不变。

该技术在汽车零部件行业得到成功应用。适合于渗碳后的齿轮压淬, 包括齿轮 (圈) 、从动锥齿轮及同步圈等高精度的环形零件, 也适合于中碳钢齿轮的直接压淬。

(2) 工艺过程步骤1, 渗碳后变形从动锥齿轮固定到非导磁性的定心和夹持装置上 (夹持装置具有坚固的底部压模和上部压模) ;步骤2, 通过电磁感应加热到大约900℃ (其加热温度根据材料定, 可通过红外测温仪监测与控制) ;步骤3, 保温一定时间后, 工件达到相同或均匀的温度, 上下压模加压;步骤4, 立即用淬火介质喷淋工件;步骤5, 步骤4淬火后, 压模装置就不需要了。将感应器移动到从动锥齿轮和校正芯模的组合位置;步骤6, 对工件进行回火加热;步骤7, 随着温度升高, 齿轮发生微量膨胀, 产生很小的缝隙;步骤8, 把齿轮从芯模的另一端拔出。校正芯模 (采用不锈钢) 可以有效防止工件收缩。其核心装置是模压式淬火装置和完整的感应器系统的淬火机床。

(3) 工艺参数和结果16MnCrS5钢从动锥齿轮压淬工艺参数和检验结果见表5。由于感应淬火采用水基淬火介质, 热处理后的工件不需清洗。内置的感应器不仅可以对零件加热淬火, 而且可以用来加热回火, 不需要任何调整, 只不过功率不同而已。

热处理畸变 篇2

张爱玲于40年代开始小说创作，在当时的沦陷区上海，愁云惨淡的市民生活中，她的名字却风靡大街小巷。张爱玲是带有浓厚传奇色彩的女作家，在我国现代女性文学中，她占有属于自己的一席之地。张爱玲系出封建贵族世家，祖父张佩伦乃晚清军政重臣李鸿章之女婿，由于父母早期离异，张爱玲在家里并没有得到多少的亲情。在这种家庭背景下，不幸的早年生活，使她过早成熟，使她对男权统治下的大家庭女性的不幸命运有着透彻的了解，使她能够用一种超然、冷漠的态度展示着封建大家庭内部摆不脱男性的奴役支配女性的血泪史。她以犀利的笔锋毫不留情地捅开沪港两地半新半旧的家庭的天窗，让人们看清生活在这里的男女组成的两性世界的虚伪真相。张爱玲在作品中突出描写了一批民国时期残存着的女奴形象，她笔下的女性骨子里都惊人一致地拥有一具扭曲的灵魂。本文将从以下三个方面浅析张爱玲小说中的女性心理畸变的原因和过程。

一、时代更迭、观念混杂，造成女性畸变心理

张爱玲创作的小说时代背景大多是二十世纪初的上海，正是社会大动荡、大分化、大变革和新旧交替的时代。当时中国正处于封建社会末期，新的社会制度还没有正式形成，封建专制制度、封建家长制度、封建婚姻制度等在人们生活的环境里还占有重要地位，而这些制度所附丽的封建思想早在人们的头脑里根深柢固，所以，它深入渗透到社会的各个层面乃至各个角落，封建性的因素对人的价值观念产生巨大的影响和制约。同时，上海又是一个开放型的大都市，外来文化首先从这里侵入，资产主义金钱至上的观念也是从这里涌入，直接影响人们的价值观念。这两种意识形态相互排斥又相互渗透，产生的内在矛盾力就推动着人们滑入更深的生活漩涡，走向腐化和堕落。这样的时代，女性深陷在封建礼教和人性压迫的窘境中，女人的爱是浅面的，谋生才是“爱”的本质，正是由于封建意识的侵蚀、性的压迫和金钱的异化作用，使得女性远离“人道”而趋近“兽道”。

小说《金锁记》中的曹七巧是最具代表性的，刻画一个戴着金钱枷锁舞蹈的女人，一个戴着封建镣铐挣扎的女人；像一个充满病态的灵魂、一株渗透毒汁的罂粟花，她以其凄艳和狰狞风姿给人一个措手不及，是让人怜悯还是让人憎恶？曹七巧是麻油店人家出身的下级阶层的女子，可是她的大哥为了攀附权贵，把她嫁入了没落大族姜家，她丈夫是个自小就卧床不起的骨痨病患者。七巧虽出身平民，却有着勇敢刚强直爽的一面，突然进入了死气沉沉、勾心斗角的封建家族，而且嫁于一个废人，这就注定了是一个悲剧故事。在姜家她处处遭到排斥和冷眼，就连下人也瞧不起她；无助、无依，让她苦楚不已，疼痛不已，孤独不已，内心承受着怨恨与愤怒。后来丈夫和婆婆相继死后，姜家瓜分家产，七巧终于得以脱离封建大家族的桎梏——一把金锁。在七巧的下半生，虽然没有经济压力，可是她过得并不如意。旧时曾托以幻想的意中人三爷季泽来找她，她毫不犹豫揭穿了他骗财的把戏，把自己生命中唯一一点的爱情葬送了；儿女长大要成婚出嫁了，可是七巧偏要和儿媳过不去，终于气死了儿媳；女儿三十岁了仍未婚嫁，好不容易找了对象，七巧偏从中破坏。最后，这么一个不幸的女人终于在郁郁中死去，结束了她不幸的一生。曹七巧，作为一个正常女人，本有可能拥有真正的爱情，组建一个幸福的家庭，可是在那个半殖民半封建的年代，女性没有经济能力，没有社会地位，她不得不听从命运的安排。低微的出生，在封建大家庭里谈何立足？生活在尔虞我诈的大家庭中，没有任何人真正关心她、疼爱她、同情她，丈夫又是一个“废人”，她没有得到精神和物质上的依靠，就像一叶飘浮在大海里的扁舟，没有方向，只得用争钱夺

利的方式来保护自己。她作为妻子，没有得到爱情；作为儿媳，没有得到婆家人尊重；作为母亲，她对孩子们所谓的“爱”是想在他们身上得到心理的满足。对曹七巧来说，生活在这个无爱的大家庭里，她感觉到生命在沉沦与消逝；感觉到亲情、爱情离自己是多么地遥远；并且让这种感觉一直延续到自己的小家。生活的无奈迫使她渐渐发生了蜕变，一步一步走向了变态，使她不能正确理解幸福与爱情，所以自然而然就成为幸福和爱情的扑杀者。女儿长安的婚姻被她设计破坏，儿子长白的婚姻也屡遭她的离间；她成为孤家寡人，她需要儿女的陪伴，她的儿女也一同成为孤家寡人，离开了常人的生活。曹七巧的一生是女性生涯中最苍凉的一生，她几乎扮演了双重角色，是被害的女奴又是迫害女奴的奴隶主。这种非人非鬼的女奴生涯已经演进了几千年；却并没有谢幕，于是张爱玲在小说的结尾处写出了给人以无限启示的句子：“三十年前的月亮早巳沉下去了，三十年前的人也死了，然而三十年前的故事还没有完——完不了。” [1]

《十八春》是张爱玲第一部完整的长篇小说。小说描写了处在半殖民半封建社会的大上海，少女曼桢和同事沈世均相爱了，姐姐曼璐因父早逝而做了舞女养活一家人，在风尘中拣上了投机金融的祝鸿才而企图托以终身。嫁给祝鸿才，她不求锦衣玉食，但求一个归宿，一个安稳，可是命运却再一次捉弄了她。早就对曼桢有非分之想的祝鸿才发财后更加放肆地玩女人，而色衰爱弛的曼璐求生的本能促使她不择手段地牺牲曼桢，希望借此栓住鸿才的心。曼桢被关后，曼璐对找上门来的世均说，曼桢嫁给了曾是自己未婚夫的张豫瑾，以此断绝了世均的念头。曼璐在父亲——家庭的顶梁柱倒塌后，出去当舞女承担起一家老小六口人的生活重担，本应赢得大家的同情，可后来却成为妹妹幸福的“拦路虎”，成为一个“恶人”！是什么原因导致曼璐对亲情的冷漠做出为人所不齿的事呢？我们从小说中看到，当弟妹逐渐长大了，妹妹曼桢也找到了工作，曼璐也想过正常人的生活——拥有一个属于自己的小家。所谓的“家”倒是有了，并且竟然发了财，可丈夫不是一个规矩的人，她害怕失去他，失去这个好不容易才拥有的所谓的“家” ；此时她觉得命运对她太不公平了，想当初为了这个家，在当时的大上海，靠一个弱女子找份正当的工作养一大家子谈何容易，不得已当了舞女，而后当了暗娼；自己为此失去了爱情，身心也受到了摧残。现拥有一个安稳的小家也是一种奢望，于是她的心理慢慢开始失衡。尤其是看到妹妹曼桢在自己的扶持下，现在拥有一份体面的工作，有人真正关心、爱护她，而且自己当年的未婚夫也喜欢她，现在的丈夫心仪她；此时曼璐对社会的无奈和憎恨全部转变成对妹妹的嫉妒和愤恨。姐姐曼璐为了稳住丈夫的心，为了能保住这个家，竟然听从母亲那一套“妈妈经”——借腹生子，设计用妹妹的姿色与贞操作为代价的帮凶。她为了自己的利益，良知也丧失了；其结果她不但没有改变自己的命运，相反，自己却一步一步地走进了绝境。“阳光正照在曼璐的遗像上，镜框上的玻璃反射出一片白光，底下的照片一点也看不见，只看见那玻璃上的一层浮尘。” [2] 镜框里的照片连面目看不清，固然是因为玻璃的反光；但张爱玲这样的描写，也是颇有用意，引领读者去思考曼璐的这一生，虽然曾活过，可是在没有灵魂的状态下苟活，活得轻飘飘的，死得也是如此，只落得个“一层浮尘”。曼璐由一个受害者逐渐演变成一个扼杀别人幸福的“凶手”，是无爱的社会导致的。在那个“拜金主义”的年代，女人没有经济基础，没有社会地位，女人只是男人的附属品，是一个玩偶，没有独立的人格和尊严，使得女人不择手段保护自己所谓的“利益”。

《沉香屑：第一炉香》中的上海姑娘葛薇龙，本是破落家庭的小姐，因为想读书，被迫投靠一个给阔人做姨太太、以勾引男人为能事的姑妈，薇龙明明知道环境不好，但她想：“只要我行得正立得正，不怕她不以礼相待，外头人说闲话，尽他们说去，我念我的书。”可是三个月工夫，“她对于这里的生活已经上了瘾了。”她变了，对于好吃好穿好玩这些普通女孩子

所憧憬着的一切的迷恋，是止不住的物质欲望使她在现实面前败下阵来，逐渐成为姑妈勾引男人的诱饵。她有过追求新生活的念头，但就像她姑妈说的，“要想回到原来的环境里，只怕是回不去了。”她先是斩钉截铁地宣称要回去，买了船票，收拾了东西，可是临到走时生了一场病，她又怀疑生这场病“也许一半是自愿的；也许她下意识地不肯回去，有心挨延着„„”薇龙抵抗不了物欲的诱惑，还是留下来了，留在那个她明知可怕的“鬼气森森的世界”里。她所有的挣扎，最后剩下的是对姑妈说的一句话－－“你让我慢慢学呀！”葛薇龙由一个单纯、自信、希望保持自己人格完整的少女到幻想的贬值、自信的破灭终至人格的丧失，这一过程是对她先前所抱有的“出淤泥而不染”的幻想的有力嘲讽。对于葛薇龙来说，投奔到香港姑妈家，姑妈的家就是一个“鬼气森森的世界”，要想在姑妈家里能生活下去，她不得不听从姑妈的安排，导致她变成了一个用情、用色、用机巧的成熟“女人”。正因

为这无爱的家、这畸变的家产生了畸变的“人”，同时畸变的“人”又延续了畸变的家。

作者通过这些作品揭开了病态社会的一角，展示温情下的“作秀”，亲情下的酷虐，爱情名义下的交易。她笔下的“家”是畸形的、破碎的，不论是《金锁记》中的封建大家庭，还是《十八春》中平凡的人家，小说里的人物都封闭在狭小的空间里，生命散发着古朽根基上汲取的都市社会浓重的铜臭气息，都生活在一个没有“温情”的环境中，人与人的关系更多的是一种以金钱为纽带的关系，家此时成为了自私所在。“人人都关在自己的小世界中，她撞破了头也撞不出来。”这就是张爱玲小说中诸多女性的共同命运，她们不是毁于家，就

是被家所遗弃而毁于家外，家与她们密不可分，可家从不是提供生命活力的一方圣土。[3]

二、金钱欲膨胀导致人的畸变

《金锁记》中的曹七巧是一个被金钱欲与情欲异化的女性。由于性爱和情感的空缺，人性中的负面因素潜滋暗长，发展为对金钱的变态追逐。这是一个在特殊的文化环境中滋生的女人，也是一个把自己锁在黄金枷锁中的女人，是一个由金钱的牺牲品沦为金钱的奴隶、一步步丧失了人性的女人。曹七巧与姜二爷的婚姻并非良缘，而是以曹七巧的青春、健康去换取姜家的地位和金钱。贪婪的兄嫂把她当作摇钱树卖给了高门大户的姜家，在姜家受尽奚落。因自己的丈夫是一个“废人”，没有能力支撑起这个家，更没有能耐出去做官赚点钱使手头活便些，她不得不为自己以后的生活着想。于是，当丈夫和婆婆相继死后，曹七巧只有靠争夺夫家财产为将来打算。曹七巧的人格变异是有其社会文化根源和心理根源的，她的变态行为的形成更主要的是来自于当时社会文化因素的影响。因为她首先是一个被买卖婚姻制度迫害的妇女，但明明知道婚姻是陷阱，是带着黄金枷锁的监牢，她也愿意往里跳，因为她喜欢金钱，所不同的是她一边陷落反抗，一边挣扎报复，对金钱疯狂的追求使得她成了既残缺又畸形变态的女性形象。曹七巧一生戴着封建的镣铐，披着沉重的黄金枷，压抑着情欲，一步一步走进没有光的所在。从此后，她失魂落魄，变得乖戾，残忍，开始以一种变态的方式报复周围的人，甚至包括自己的儿女。正因为曹七巧的生活中有了强烈的金钱意识，而又无法摆脱封建婚姻制度，才使她把封建吃人者的本性和现代物质生活欲望扭结在一起，迸

发出比封建时代更强大更可怕的能量，疯狂地毁掉了自己，毁掉了别人。但是，她最后无法平衡那种病态残缺的心理，戴着黄金枷锁老此一生。在曹七巧的身上汇集了所有女人的缺陷与不幸，这是一段令人痛心的血泪史，也是一段令人作呕的丑史。由于长期封建文化的浸淫，像七巧这类女性意识早已僵硬变形，最终没能救出自己。

作者在《怨女》中同样也塑造了一个被金钱欲异化的悲剧女性——“麻油西施”银娣。

她和曹七巧有很多相似的地方，只是她更侧重“怨”，没有七巧的泼辣劲。《怨女》的女主人公银娣也像芸芸众生一样，逃不脱人生困境。她自幼父母双亡，在兄嫂家长大。她本是“麻油西施”，年轻美貌，却因兄嫂贪钱而耽误了婚事。银娣自觉地拒绝了外婆介绍的药店的小刘，而选择了有钱的姚瞎子。按理说，如果银娣一再坚持，兄嫂也不会强迫她与姚瞎子成婚，因为以前银娣曾成功地抵制过兄嫂包办的婚姻。在姚家与刘家两桩婚事中，她也进行了深思，但最后，因为“没有钱的苦处她受够了”，她自觉自愿地选择了有钱的姚瞎子。而因为出身低微，银娣的喜事办得冷冷清清，回门也一拖再拖；老太太对她冷嘲热讽，妯娌们也对她横眉冷眼；就连佣人们对她也是挖苦、顶撞；三奶奶丢了首饰，明明是三爷偷的，人们却首先怀疑银娣„„ 小说中的银娣为了怕过穷日子而选择了瞎丈夫，而嫁了后却因自家地位低微而备受奚落和欺负，可见金钱在当时人们的心中占非常重要地位，人人都成了金钱的俘虏。银娣在这样的境况下便自然而然地逐渐变成了小奸小坏的、“人不人、鬼不鬼”的庸常之辈。《怨女》充分地体现了女性在经济压抑下的恐怖与无奈。

三、情欲被压抑导致女性心理畸变

历史的重负，现实的挤压，使女性的心灵扭曲变形。无爱婚姻如一把锁，锁住了女性活生生的欲望，当这种欲望不能通过正常方式来满足时它便转了方向。《金锁记》把女性的情欲异化、生命的隐秘揭示得淋漓尽致，触目惊心。性意识是一种自我意识，是人格发展的必经阶段上的表现。性意识一定程度上的满足，是人格发展的一个必要前提。然而，曹七巧生活在“灭人欲”的文化背景下，生活在一个对性讳莫如深的年代，封建婚姻、伦理道德、金钱枷锁剥夺了她作为一个正常女性满足“性”和“欲”的权利。曹七巧被压抑在潜意识里的性欲不可遏制地发泄出来，变相地“为非作歹”。情欲欲速则不达的压抑并没有使曹七巧的自然欲望销声匿迹，反而更加刺了她的性心理。她以一种更加疯狂的施虐行为扼杀了儿女的情爱，在他们重复自己的悲剧中获得快感。曹七巧由一个被侮辱者变成了一个乱伦的荡妇，妒忌的母亲，虐待狂婆婆，这是一个被毁灭的女人的故事。她让新婚的儿子通宵达旦陪她烧烟泡，打听儿子媳妇的床地之事；又在牌桌上公布媳妇的隐私，羞得亲家母涨红了脸，媳妇几乎发疯，她却得到了发泄式的满足。这是她长期的性压抑造成的心理畸变，即潜意识中的乱伦意志。“这些年来，她的生命中只有这一个男人”，“可是，因为他是她的儿子，他这一个还抵不了半个„„现在，就连这半个人她也保留不住——他娶了亲。”这样想着，就“把一只脚搁在他肩膀上，不住地轻轻踢他的脖子”，[4]潜意识里把儿子当作自己渴求的男人来看待。然而她必竟是一位母亲，只能通过打听“隐私”折磨儿媳来满足邪念。因为情感缺失，曹七巧也不让别人得到幸福。干涉儿子的私生活，给儿子娶姨太太，两个年轻女性被她折磨而死。对女儿长安更是绝情，她也用这样施虐扼杀了女儿的爱情，断送了女儿的婚事。当曹七巧在心理上扮演一个“施虐”的性角色时，在她的肉体上正经受一个正常女性最痛苦的“受虐”，这种蹂躏的快乐已完全接近了病态的自虐。她虽也曾挣扎，但更多的是认同生命的荒芜。她把自己幽闭于家中，在家中建立起一个疯狂的世界。就像儿媳芝寿所说：“丈夫不像丈夫，婆婆不像婆婆，不是他们疯了，就是她疯了”。[5] 晚年的曹七巧就是这样不断地和自己儿女斗争，其实正是她一生情欲被压抑的反映。她故意气死儿媳，因为在他们身上找到她自己青春的影子，她妒忌他们的性生活，因此近似变态地加以报复，这正是因为她没有得过幸福的性生活；她拆散女儿的婚事，因为她对男人已经是一律敌视的态度，因为她就是被自己所爱的男人欺骗，这是心理变态。性的压迫是违反人的生理的自然规律，也会造成人的抑郁、绝欲，使禁欲者的性格扭曲，变得暴戾、孤独、残忍、多疑、行为乖张等。曹七巧把自己套在婚姻、金钱、情欲这三重枷锁之下，疯狂地变态和扭曲，变成恶人。

《怨女》也是一部渗透着情欲方面等原因被压抑揭示女性所受外部压力导致心理畸变的小说。低微的经济地位使银娣矮人三分；情欲又把银娣折磨得死去活来。情欲本是人类最基本的要求，而不是奢求，但银娣的这点基本要求也不能满足。被金钱绑在一起的银娣与二爷没有感情，于是移情于三爷。在给老太爷做阴寿与三爷相遇时，她豁出性命来寻求爱情的满足，但三爷却在关键时刻权衡利害，使银娣的愿望落了空，并受到更深的伤害——银娣因怕别人抓住把柄，联想到平日婆家人的尖刻、歧视，她充满了恐惧，巨大的压力迫使她选择自杀。这不是壮烈的殉情，而是强大外部压力下的无奈，它显现了生命的悲凉。虽然自杀未遂，但这情欲引发的折磨又影响到下一代身上。后来，三爷因爱情恩怨而报复银娣，他得不到她，就去挖她的心头肉———儿子玉熹。三爷教玉熹抽大烟、逛妓院，伤透一个母亲的心。小说中描写当银娣和三爷单独相处后，回到自己的房间，看到一身死气的二爷，她感到无比的压抑和失落，怨气冲天，他把二爷的念珠一只只夹破，足见其怨愤之深。当银娣到庙中为老太爷祝阴寿，她盼望见到三爷而没有见到时，她把怨气撒在手中的孩子身上，“她把孩子抱紧点，恨不得她是个猫或是个枕头，可以让她狠狠地挤一下”。后来，她又虐待儿媳，为亲戚倒霉而幸灾乐祸„„这些深积的怨变成了恨，银娣用畸形的方式反抗，但这反抗是这样的软弱无力；更可悲的是，在如此软弱的反抗后面，银娣又回到了屈服：她发泄的只是怨气，无损于任何人的一根毫毛，而到头来，她还是一无所有，满目荒凉。银娣的变态心理，被张爱玲描绘得入木三分，苍凉无比，同时也道出人类自身的弱点是构成人生困境的重要原

因。《怨女》通过女性外部压抑、自我压抑和怨而无奈，突出了人物命运的悲凉，道出了张爱玲“最想说的话”，即对人生的看法。对人生，张爱玲不重飞扬、热闹的一面，而重“人生困境”、“人生苍凉”的一面；对人，张爱玲更关注被忽略的普遍的人性——物欲与情欲；对女人，张爱玲更重视揭示女性自身软弱、不愿自拔的一面；为的是引导人们直面惨淡的人生，正视人生的困境，进而奋进、抗争。

“生命是一袭华美的袍子，好像爬满了虱子”。张爱玲对爬满虱子的女性的揭示达到了当时其它女作家难以企及的高度。由于她自身的身世及当时的环境影响，她对人性人类文明怀着深深的失望。通过对饮食男女的描写，展现了现代人尤其是女性心灵的千疮百孔，从她的作品中透着一股深入骨髓的荒凉与绝望。特别是透过《金锁记》中曹七巧的形象，我们可以洞悉那一代人精神素质的复杂性和由这些复杂可怕的人际关系编织成的社会网络深刻认识那个封建社会的丑恶本质和百态人生。

立体显示的视觉畸变及对策 篇3

近年来立体图像显示技术取得飞速发展,技术手段日趋多样化,大体可分为需佩带眼镜或头盔装置的辅助立体显示[1]和不需佩带辅助装置的无辅助立体显示[2]两大类。若从立体视点数目上又可分为双视点立体显示和多视点立体显示。但无论何种立体显示技术都是建立在视差图像经双眼和大脑融合而形成的深度感上[3]。平面图像不随图像放大、缩小和观看距离变化而引起视觉失真,人眼观看到的仍属平面图像,但平面视差图对进入左右眼并经大脑融合所形成的立体图像视觉却会受到这些条件的变化而引起立体空间视觉变化,甚至产生明显视觉畸变和失真。笔者将分析产生这种立体视觉畸变的原因,提出减小和消除畸变的方法,并通过设计立体拍摄光路实现具有空间随动的、更为真实的、无畸变立体显示的图像采集和立体显示方案。

2 立体视觉畸变的原因分析

立体视觉畸变产生的原因是多方面的,它与场景中主体、前景、后景距离分布有关,也与显示的视差图像放大率、视场角、体视方位有关,并广泛存在于辅助立体显示和无辅助立体显示装置中,多视点和双视点显示都同样会产生立体视觉畸变。

1)体视距离不变,立体图像放大、缩小引起的立体视觉畸变

以光栅立体图像显示为例进行说明。图1的L和R为观察者的双眼位置,pp面为光栅平面(柱镜光栅或狭缝光栅,也可以是红蓝或逐场交错显示立体图像的显像管或液晶电视屏幕)。

光栅的限制作用使平面上任何一点的光线只能按特定的方位出射,设AR,AL为特征相同的两点,AR点发出的光线只能到达右眼,而AL点发出的光线只能到达左眼,凭这两条光线使观察者视觉形成一种浮出屏幕之外的A点,既形成前景[4],类似方法可形成光栅图像的远景。

假设图1a是人眼观看到的正常尺寸的立体图像显示效果,b为双眼瞳距,一般取65 mm,h为人眼与屏的距离,a为屏幕上视差图对两特征点AR,AL间的距离,由三角形关系可推得A点浮出屏幕之外的距离为

现将屏幕pp上合成立体图像缩小(或放大)β倍,AR,AL间的距离缩短(或放大)为βa,如图1b,1c所示,可推得A点浮出屏幕之外的距离为

式(1),(2)说明人眼观看到的主体平面pp上的图像也等比例缩小(或放大)β倍,但其前景(或后景)与主体平面pp距离并不成比例缩小(或放大),将造成显示的立体图像前后纵深畸变,例如使原来的球体畸变为非球体。

2)体视距离变化引起的立体视觉畸变

如图2所示,仍以显示立体图像的pp屏面为参考面,距离pp屏面h1观察者双眼L,R可体视到半透明的ABCB′球壳立体图像,球面上B,B′与参考面pp重合,球面上A,C分别为pp屏面上视差特征点AR,AL,CL,CR经视觉融合形成的前景点和后景点,ABCB′分布在球面上。

若观察者靠近pp屏面,距离pp屏面h2,因屏面上视差特征点位置不变,由几何关系分析,此时经观察者视觉融合形成的前景点A′和后景点C′与参考面pp距离减小,B,B′位置不变。显然,此时看到的是前后压缩的畸变球壳A′BC′B′。同理,当观察者远离pp屏面,将看到前后拉长的畸变球壳。

3)超近体视与超远体视引起的立体视觉畸变

超体视分为超近体视和超远体视两种类型[5]。若立体摄影镜头间距小于正常双眼间距进行立体拍摄称为超近体视;若立体摄影镜头间距大于正常双眼间距拍摄或观测称超远体视。超远体视图像在正常双眼体视下,使远处的物体仍具有明显的前后立体层次分辨,因此在拍摄远处的山峦及风景时常被采用。航空测量和大地摄影测量都属超远体视。

在观看由超体视摄影(摄像)设备摄制的立体图片时,立体感突出夸大,也伴随出现立体视觉畸变。下面以超远体视拍摄半透明球壳为例说明。如图3所示,仍以pp显示屏面为参考面,按1∶1显示由镜头L′,R′间距为b′的超远体视半透明球壳,球壳上B,B′位于参考屏面,A,B分别位于球壳的前表面和后表面,h为镜头(或双眼)距离pp屏面的距离,L,R为观察者双眼,其间距离b

4)多视点光栅立体视觉畸变

光栅立体显示大多采用多视点采样,以立体摄影为例,可使用多镜头相机或如图4所示单镜头相机平移拍摄,相邻镜头间距(或移动间距)可小于正常人眼瞳距,总镜头移动间距可大于人眼瞳距以增强立体体视效果。用这种方法拍摄的序列图制作出的光栅显示效果随观看距离、角度不同而呈现于双眼不同的立体图对,会产生超体视引起的畸变,图像放大(或缩小)倍率等因素也会引起立体视觉畸变,因而其体视失真可以是以上几种畸变的综合表现。

3 避免畸变的静动态体视对策

3.1 保持体视视场角和方位角与原始拍摄一致

理想的无畸变立体显示图像观看条件为:采集立体图像的摄像镜头间距等于人眼瞳距,在眼底呈现图像的张角与镜头在成像元件上的张角相同,或者被摄景物对相机镜头的张角等于立体图像对人眼的张角,即视场角。

图5用球体几何关系说明超体视或图像放大缩小保持立体视场角及方位角不变的几何关系。设b2为正常双眼的瞳间距,b1

反之,若用图5c光路所拍摄的立体图对用正常双眼观看而不产生畸变,则需将图5c所拍的立体图对像缩小β3倍(β3=b3/b2),同时体视距离也要减小到h2。

上述无畸变体视立体的关键因素是使图对进入双眼的视场角θ和方位角(用球心致眼球连线与双目连线的夹角α+θ/2)保持不变。

3.2 消除体视距离变化引起立体视觉畸变的对策

人们观看立体图像时往往存在观看距离的变化,由前面的分析可知,体视距离的改变也会引起立体视觉畸变。消除体视距离变化引起的立体视觉畸变非常困难,如想避免畸变,要求所显示的立体图对能够随体视距离变化而实现跟踪变化,即使静态的立体场景也要能随动态体视位置变化而随动。实现立体图对随体视距离跟踪是进一步提高立体显示真实性的必要,下面以静态人物摄影采集为例进行分析。

1)体视距离改变的场景变化

图7是在同一方位用数码相机所拍摄的距离人物距离不同的4张人物头像照片。为保持人物在取景框中的大小比例不变,调整变焦镜头使人物头像位于取景框的同一位置,图7a,7b,7c,7d对应的焦距相当于35 mm镜头的28 mm,50 mm,85 mm以及135 mm。由于透视的原因,同一方位不同距离拍摄的人物和背景表现出明显的不同:近距离拍摄夸大了前后物体的空间感,近大远小的透视效果非常明显。图7a中头像照片显现出鼻子大、背景缩小的夸张效果,图7a中箭头所指背景窗户几乎被人物头像所遮挡;随着镜头与人物距离拉远,图7b,7c,7d背景的窗户越来越明显,相对尺寸逐渐变大,同时人物五官的比例更为真实。

可以证明,当忽略相机镜头畸变,相机分辨力足够高时,相机拍摄物体的局部透视效果取决于拍摄距离,与镜头焦距无关。人眼视物的透视效果与相机拍摄的透视效果是一致的。

2)距离变化的立体图像采集与分析

为获取体视距离变化的更真实的立体场景随动的透视效果,采用镜头间距与人眼瞳距相等的双镜头立体相机或摄像机可拍摄丰富的空间深度的立体场景信息[6]。

图8是实现体视距离变化的更真实的立体显示效果的实验拍摄方案,A为被摄主体,B为被摄背景,主体与背景间距取100 mm,镜头间距取65 mm。

拍摄点L4距主体A取明视距离300 mm,拍摄点L3距主体A距离400 mm,拍摄点L2距主体A距离600 mm,拍摄点L1距主体A距离1 200 mm,距离计算公式为

式(3)中:θ为最大可视角,n为拍摄镜头对数。

比较图4与图8可发现,两者都属于多视点立体图像采集,图4采集的是与物体等距的横向视差信息,图8采集的是体视距离不等的视差信息,用上述光路拍摄8幅图像经后期处理,按1∶1实物比例通过计算机进行红蓝立体显示和光栅立体再现,有以下表现:

(1)调整观赏视距与对应立体图对拍摄距离一致,立体显示真实自然,视觉无畸变。

(2)近摄立体图对体视立体效果明显,远摄立体图对与对应体视距离,背景图像相对主体变大,主体与背景相对距离无变化,接近实际景物观看的效果。

(3)远离屏幕7~10 m体视立体效果仍较强,更远距离因受双眼视对分辨力所限,视觉模糊,体视立体感下降。

(4)采用球体拍摄进行对比,由近及远的球体图对视觉无畸变,与远离球体拍摄对应图对观看立体效果不如近摄球体图对强烈,与实际体视效果一致。

(5)不改变近摄球体图对,前后改变视距,球体畸变明显。

4 小结

对于利用二维平面视差图对经双眼和大脑的融合实现三维体视效果的立体显示技术,二维视差图对所包含的空间立体信息还远小于实际三维场景,若体视距离不变,无立体视觉畸变的条件是:进入双眼的立体图对的视场角θ和方位角保持与拍摄时的一致。若体视距离改变,不产生立体视觉畸变的条件是:在满足前者条件的同时,要求视差图对能随体视距离的改变而随动切换到实际场景对应的视差图对。更为完美的立体再现还应依循人眼双目的自然立体视觉参数,并在此基础上增加横向和纵向视点采样[7],实现具有空间随动效果的更自然真实的立体再现。

因此,目前各种立体图像显示装置因显示尺寸、体视参数的不同都有对应的最佳体视范围和显示条件,超过限定条件都会存在立体视觉畸变。深入研究立体视觉畸变的成因将有助于提高立体摄影、立体电视和立体图像显示的质量,减小视觉畸变失真,对保证远程立体医疗精度、天文立体观测精度等提供理论依据。

参考文献

[1]董太合.立体照相原理——立体照相理论与实践之七[J].照相机,1994(11):16-17.

[2]EICHENLAUB J B.An autostereoscopic display for use with a per-sonal computer[J].SPIE Stereoscopic Displays and Applications,1990,1256:156-162.

[3]OKOSHI T.Three dimensional imaging techniques[M].New York:Academic Press,1976.

[4]谢俊国.立体光学成像原理及立体照相[J].江门教育学院学报,2000(4):32-34.

[5]董太合.立体照相原理——立体照相理论与实践之八[J].照相机,1994(12):14-15.

[6]王元庆.双焦距立体视觉中的光学成像模型[J].光学技术,2007,33(6):936.

热处理畸变 篇4

畸变进气下压气机叶片非定常载荷的数值模拟

为了分析畸变进气在轴流压气机转子叶片表面产生的非定常激振力,采用二维无粘线化非定常流理论,建立了周期性气流条件下叶片表面非定常气动力的计算模型,根据实测的畸变实验数据,对某发动机的第一级叶片表面非定常激振力进行了计算分析,结果表明在叶片的不同径向位置,非定常压力的.分布规律不完全相似,而作用在叶片表面总的非定常气动力在叶尖部位最强.

作 者：乔渭阳 蔡元虎  作者单位：西北工业大学航空动力与热力工程系 刊 名：推进技术  ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF PROPULSION TECHNOLOGY 年，卷(期)： 22(5) 分类号：V235.112 关键词：非定常空气动力学   激振力   流场畸变   数值仿真   轴流式压缩机   燃气涡轮发动机  

热处理畸变 篇5

关键词：鱼眼图像,等距投影,畸变校正

1引言

鱼眼镜头是一种较短焦距,视角接近甚至超过180度的超广角镜头[1]。常规镜头的视角有限因而在许多领域内受到限制,鱼眼镜头具有大视角、信息量丰富等优点而被广泛应用于计算机视觉等领域,由于其焦距短视角大的特点和光学原理的约束,导致了所拍摄的图像畸变非常明显,难以满足正常需求[2]。如果需要使用这些严重畸变的图像,就要将这些图像校正为人眼习惯的投影图像。因此实现鱼眼图像的校正成为国内外研究的热点。鱼眼镜头的几何投影模型分为四种,即正交投影、等距投影、等立体角投影和体式投影[3]。应用最广泛的是等距投影,但在校正研究当中多是以正交投影作为模型。

2等距投影的鱼眼图像校正算法

2.1提取鱼眼图像的有效区域

从鱼眼镜头拍摄的图像特征可以发现,鱼眼图像的有效范围通常是一个圆形,有效范围之外为黑色,如图1所示。因此需要先确定图像的轮廓,从而得到图像的圆心和半径。

分别从图像的上、下、左、右四个方向进行检测,利用公式Gray=0.30*R+0.59*G+0.11*B,将RBG像素点转化为灰度值,由于图像为黑色时,灰度值接近于零,因此定义一个相对较小的值T作为比较的标准。当Gray>=T时,像素点在图像的有效区域内[4]。最后确定有效区域的行数和列数分别为m、n,其示意图如图2所示。

2.2等距投影图像的校正算法

等距投影,顾名思义就是沿某一方向的距离投影之后保持不变,其模型示意图如图3所示。图中的半球表面即为鱼眼图像投影的半球面,球面半径即为镜头焦距,记为f。假设P为鱼眼图像上任意一点,P'点为P点在球面的投影,延长PP',交平行于x Oy平面且与半球相切(切点为A)的平面于Q点,根据等距投影的鱼眼图像特点,Q点应为图像校正后P点的位置[5]。

不同镜头的视场角度可能不同,因此所拍摄图片的畸变程度也就不同,为保证校正后图像的精确度,需要先根据视场角度求出镜头焦距f。当视场角度为时,鱼眼图像刚好映射到整个半球面,于是鱼眼图像上的任一直径映射到球面上即为经过A点且连接半球直径的圆弧。令R为鱼眼图像的半径,由周长公式得到

当镜头的视场角度为ε时,换算得

由于校正后的图像比源图像像素多了很多,正向投影后会出现大量的空隙点,而在像素点较为分散的区域使用插值法难免会干扰图像内容,因此选择多对一映射的逆向投影,即从目标图像投影到半球面,再从半球面投影到源图像上。

令目标图像的高宽分别为m',n',图像上选取一点Q',假设其坐标为(i,j)。进行坐标变换,将原点平移到图像的中点,于是得到原Q'点变换后对应的Q点的坐标(xQ,yQ)为

首先求球面上P的映射点P'的坐标。求出P点的入射角φ,用xp'、yp'、zp'分别表示球面上P'点的x坐标、y坐标和z坐标。得到以下方程:

联立以上三个方程可求得到xp'、yp'、zp'与Qx、yQ等已知量的关系如下:

由Qx和xp'同号可确定xp'的取值,并求得yp'。

接下来求半球面上P'到鱼眼图像上的映射点P的坐标。令r为P点到鱼眼图像圆心的距离,由等距映射的特性及弧长公式可以得到等距投影的函数为

通过Qx和xp同号确定xp的取值,并求出yp。这时鱼眼图像的圆心在坐标原点上,做一次坐标变换,将原点从鱼眼图像的圆心位置平移到图片的左上角,得到P点在源图像上对应点U的坐标(u,v)。

另外,当Q点的x坐标或y坐标为0时,即Q点位于x轴或y轴上,这时该坐标没有发生畸变,即当x Q(28)0时,xp(28)xQ(28)0,当yQ(28)0时,yp(28)yQ(28)0。

经过以上的变换,即可做到从目标图像上任一点Q'都可找到源图像对应点U的映射,从而完成等距投影鱼眼图像的校正。

3实验验证

为了验证本文算法的有效性,在Matlab平台下对一幅鱼眼图像进行实验验证,其结果如图4所示,可以看出鱼眼图像经过校正之后,图像的形状和比例基本可以恢复正常。

由于等距投影的特性,当视场角大于π时,校正后难以得到完整的校正图像。当视场角小于π时,通过调整目标图像的大小即可获得校正图像的全景。因此对于视场角太大的图像,可以考虑保证校正效果的前提下放弃图像靠近边缘的信息,如图5(b)是用180度的视场角进行的校正;或者在保证图像信息全面的前提下降低部分校正效果,如图5(c)是降低到140度的视场角进行的校正。

由于鱼眼图像越靠近边缘的地方信息量越大,也导致了校正后的图像中越靠近边缘的区域放大的倍数越大,而令边缘区域的图像在校正后和中心位置的图像等比例,同时又不降低中心位置图像的清晰度,这就使得校正后的图像像素增加了数倍,且鱼眼图像的视场角越大边缘畸变程度越大,图像需要放大的倍数也越大;同时,越接近中间的区域越清晰,越靠近边缘的区域越模糊。如图4(b)是图4(a)的9倍,图5(b)是图5(a)的12倍,这时也可以根据需求对图片进行截取或按比例缩小等后续处理。

4结语

本文针对鱼眼图像存在的畸变问题,利用投影模型对其进行了校正,并在Matlab平台上进行了仿真实验,得到了接近日常习惯的透视影像,取得了较好的校正效果。该算法一方面使用方便,且对视场角不同的图像都能进行恰当的校正,避免了一般映射算法对于不同的鱼眼图像,有的校正不足,有的却过度校正的问题。另一方面本算法在转换过程中不会造成像素的损失,保留了图像原有的清晰度。

参考文献

[1]张琨,王翠荣.基于圆分割的鱼眼镜头图像畸变校正算法[J].东北大学学报,2011,32(9):1240-1243.

[2]魏利胜,周圣文,张平改,等.基于双经度模型的鱼眼图像畸变矫正方法[J].仪器仪表学报,2015,36(2):377-385.

[3]SCHNEIDER D,SCHWALBE E,MAAS H.Validation of geometric models for fisheye lenses[J].ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing,2009,64(3):259-266.

[4]张伟.鱼眼图像校正算法研究[D].南京:南京邮电大学,2011.

镜头畸变校正的设计思想与实现 篇6

1.1 镜头畸变情况

畸变是由镜头光学性能引起的一种光学现象，每款镜头都不可能不存在畸变，厂家在生产镜头时都对畸变进行了修正，力求把畸变控制在最低程度。一般来说镜头畸变主要有三种：变焦镜头广角端容易产生的桶型畸变、望远端容易出现的枕型畸变和对广角端桶型畸变进行修正后所产生的斗笠型畸变。就目前的镜头现状来说，最突出的问题是广角端的桶型畸变，选购时要尽可能选择桶型畸变小的款式。

1.2 怎样处理镜头畸变

畸变会引起成像时的画面变形，大多数时候轻微的畸变并不会对画面质量有太大响，但某些应用可能对畸变比较敏感，为减小畸变，我们在拍摄时尽量避免使用镜头焦距的广角端或最远摄端，并使用较小的光圈。图像处理系统是由硬件和软件构成。下面介绍校正方法：

几何校正：各类遥感图像都存在几何校正的问题。由于人们已习惯使用正射投影的地形图，因此对各类遥感影像的畸变都必须以地形图为基准进行几何校正。几何校正步骤大致如下：

1)选择控制点：在遥感图像和地形图上分别选择同名控制点，以建立图像与地图之间的投影关系，这些控制点应该选在能明显定位的地方，如河流交叉点等。

2)建立整体映射函数：根据图像的几何畸变性质及地面控制点的多少来确定校正数学模型，建立起图像与地图之间的空间变换关系。

2 几何校正代码编译研究

本课题致力于数码相机镜头的畸变校正，首先拿一幅失真了的图像来进行研究，选择一幅黑白图片，象素不高，如图中，对面墙壁与房顶接缝处按常规来说应该是直的，而此图明显接缝处向外弯曲，仔细看来，对面的上下左右四条接缝都向外弯曲，图片的中心点也发生了改变，图中的几何畸变非常明显。

2.1 导入原始图像

Code:im=imread ('distort.png') ;show (im, 1) ;

结果显示为下图：

2.2 提取图像边缘图（亚像素精度）

为光学镜头参数估计设定初始参数

结果显示为：k=0.215996, cx=0.500000, cy=0.500000, s=1.000000

2.3 输出正确图像

结果显示为正确图像，图如下：

3 结语

图像增强技术的另一个方面是图像的几何畸变的校正，众所周之，任何有几何畸变的图像，不但视觉效果不好，而且从图像中提取的数据也不准确。如图像中两点之间举例，某一部分的面积等等。因此根据数字图像处理技术提出了几何校正和边缘提取的方法并加以解决，全面的处理了图形的失真。

参考文献

[1]章毓晋.图像处理与分析[M].清华大学出版社, 1999.

[2]赵荣椿.数字图像处理导论[M].西北大学出版社, 1995.

热处理畸变 篇7

在机器视觉检测中大视场短焦距摄像机镜头一般都存在一定程度的光学畸变, 在高精度测量中必须对摄像机镜头畸变进行校正。本文通过对大量工业X射线检测中的畸变图像的测量和计算, 认为图像几何畸变的结果使得原始图像中各个像素的位置发生偏移。而偏移的方向都是沿着以相机中心正对的像素为中心的径向。像素偏移量随着原始像素距中心像素的欧式距离的增大而增大。如果像素的偏移方向远离中心则为枕形失真, 偏向中心则为桶形失真。

2 模型分析及表示

分析图1中的标准桶形失真图像, 参考图中的中心点和虚线, 本应成一条水平线的像素点 (图1中虚线和点线的交点) 。畸变后这些点都在虚线下的那条曲线上。即图中点线和虚线的与曲线的交点分别为像素点原始位置和畸部位置。通过分析可以发现如下两条规律: (1) 所有点像素点畸变后都偏向图像中心。 (2) 像素点的偏移量与点到中心的距离有关。当原始点到中心的距离越大, 偏离值也越大。

以上是桶形失真的分析结果。利用同样的方法可以分析枕形畸变具有相似的规律。只是所有的点畸变后都偏离图像中心。

通过对失真曲线的数据分析, 可以建立桶形和枕形失真的数学模型。在此模形的指导下可以对畸变图像进行像素校正。设为由图像中心指向原始图像某像素位置的位置适量, 为畸变后由图像中心指向该像素的位置适量。根据泰勒公式知道之间的关系可以用多项式进行拟合。即有如下关系:

将 (1) 式沿x方向和y方向进行分解可得 (设坐标原点在图像中心, 点对应的坐标为 (x, y) , 点对应的坐标为 (x0, y0) ) :

如果知道了式 (2) 和 (3) 中的系数, 则可以精确的还原畸变图像到目标图像。但是要求得 (2) 、 (3) 式中的系数就必须知道图像中若干点在畸变前后的精确位置。在工程实际中可以采用对标准方格治具在X射线下影像中的若干关键角点进行提取后代入上式进行系数确定。此法虽然可行但是操作起来具有相当的复杂程度和难度。而在x射线成像软件中可以通过调整上式的系数来观测若干畸变图像的调整效果。当达到目测满意程度时将调整参数记录为软件参数从而对后续图像进行处理。而在工程实际处理中只取上式的前两项或三项进行参数调整测试。

3 本文方法对畸变图像的复原效果

图2为BGB的X射线影像, 从中可以明显看到影像有较为严重的枕型畸变, 表现为边缘BGA球呈明显的椭圆现状。图3为通过本文方法进行校正后的影像。校正后边缘BGA球的影像与中心部分的大小和现状基本一致。

参考文献

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[2]朱汉敏.基于直线特征的径向畸变图像的校正[J].上海工程技术大学学报, 2006 (154-155) :78-80.

[3]范勇, 张佳成等.图像几何畸变校正方法.现代电子技术, 2011 (3) :487-501.

热处理畸变 篇8

指纹识别技术是当今应用最广泛的生物识别技术。过去主要应用于刑侦系统, 近年来已逐步走向民用市场的考勤、门禁、保险箱柜。此外, 新一代的身份证录入了个人的指纹信息, 一些智能手机嵌入指纹识别系统作为卖点来吸引顾客。最近刚修订的《出入境管理法》也将采集、储存出入境人员的指纹信息, 便于管理时进行比对, 可以有效甄别来往人员的身份, 提高口岸通关效率, 这也是国际上通行的做法。

另外, 随着计算机图像处理和模式识别理论以及大规模集成电路技术的不断发展与成熟, 指纹识别系统技术越来越具有竞争力, 不仅仪器的体积不断缩小, 价格也在不断降低。

1 指纹识别光学系统的采集原理

指纹识别光学系统根据采集原理的不同, 可以分为亮背景指纹采集仪和暗背景指纹采集仪。

1.1 暗背景指纹采集仪采用漫反射的原理

指纹的脊线与采集棱镜紧密接触, 照射在脊线上的光束发生漫反射, 透镜组将指纹脊线接触部位漫反射的光成像到传感器上, 显示为亮线;谷线不接触, 光线仍旧透射出采集棱镜, 所以谷线在传感器上显示为暗线, 从而取得暗背景的图像, 如图1所示。

1.2 亮背景指纹采集仪采用全反射的原理

指纹的脊线与采集棱镜紧密接触, 破坏了全反射条件, 一部分入射光被手指吸收, 余下部分光发生漫反射, 透镜组将该反射光束成像到传感器上, 脊线吸收了部分全反射光线, 显示为暗线;谷线不与采集面接触, 全反射依旧成立, 显示为亮线, 从而形成亮背景的指纹图像, 如图2所示。

1.3 Scheimpflug条件

对于传感器倾斜成一定的角度, 这种倾斜满足物面、像面 (即传感器面) 以及透镜的中间面, 三个面将如图3所示相交时, 所成的像是清晰的。这是由澳大利亚军队的Theodor Scheimpflug舰长在20世纪初提出, 所以称之为Scheimpflug条件。

2 成像系统的设计

2.1 指纹仪的初始结构

为了使光源的能量被充分利用, 采集仪选用全反射的方式。考虑用户采集手指指纹的方便性, 采集面做成水平方向。初始结构如图4所示。

在光源的照明下, 物面AB发生全反射, 而通过反光镜镜像的A′B′是实际的物面, 经过成像系统成像在像面上。实际的物面、等效的薄透镜组及像面需满足Scheimpflug条件, 即三个面必交于同一点。

2.2 通过CODEV设计成像系统

指纹采集系统不需要三色光, 所以通常采用单色光照明。处于成本考虑, 作为传感器的CMOS是彩色的, 而大部分彩色CMOS的三色感光单元对红光有响应, 因此选用波长在615~620 nm。棱镜由于体积大, 选用廉价的k9玻璃, 形状为等腰直角, 有利于平面的加工。在棱镜的下面加上一片反光镜, 透镜组也可以采用普通材质的玻璃。图像传感器选用1/4inch VGA CMOS, 像素点为5.15 um, 可计算出该阵列能够分辨的最大空间频率为97 lp/mm。已知采集面积为24 mm×24 mm, 放大倍率为0.1。根据初始结构和技术要求, 用CODEV模拟设计出如图5所示的光学系统。

为了方便安装, 把透镜组的大透镜和棱镜进行胶合。透镜组的两个小透镜利用CODEV中的pick up可以把两片透镜做成同一片镜片, 便于镜片加工和装配工艺。图6和图7是全视场的光学调制传递函数图, 采用衍射极限时, 97 lp/mm时全视场大于0.5。图8是网格变型图, 无梯形畸变。由于系统能较好地兼顾边视场, 所以物面可以做的更大, 满足市场上对全指、二指系统等需求。

2.3 导入照明软件LT4.0追迹光线

把成像系统导入LT4.0中, 并模拟光源, 追迹光线, 图9中采用的是面光源, 所画的光线为虚拟光线, 仅供参考。由于杂散光会影响成像质量, 所以在照明系统中, 需要做一些拦杂散光的处理。

图10是通过一系列光线追迹后显示的光强分布图。可以看出, 最后在传感器面上采到的图像光强分布均匀。

2.4 反光镜的选用

根据以上的设计方案, 系统除了等腰直角棱镜和透镜组外, 还需要一片反光镜。由于铝膜从紫外区到红外区都有很高的反射率, 满足方案提出的615~620 nm的波长。同时铝膜表面在大气中能生成一层薄薄的三氧化二铝膜, 起到保护膜层的功效, 而且铝膜成本也较低, 所以选用镀铝膜的反光镜。

3样品外观图和指纹图

样品实物外观图如图11所示, 体积相对较小。把方格纸放在物面采到的图像如图12所示。采集到的指纹图如图13所示。

4结论

在CODEV中对光学系统做容差分析, 对成像系统镜片的光圈, 中心厚度及偏心等都没有很高的要求, 就能得到较好的容差曲线, 说明了在球面加工镜片时, 工艺上能较好的实现。仅存在矩形畸变的光学系统, 可通过后期算法的拉伸处理来实现无畸变, 相比于有梯形畸变的光学系统, 只处理矩形畸变的图像能够更好地反映原图的信息。

摘要：校正梯形畸变, 同时采集到清晰的图像是光学式指纹识别系统的重要指标。采用面光源全反射采集方式, 棱镜的材料选用廉价的k9玻璃。用三片球面镜片作为成像系统, 其中两片小透镜可通过光学设计软件CODEV设计成同一片镜片, 得到的光学调制传递函数全视场大于0.5, 无梯形畸变, 且光照均匀。相比于市场上其他无梯形畸变的产品, 该方案体积较小, 成本较低, 且容易装配, 适合生产的需要。

关键词：指纹识别,无梯形畸变,CODEV,LT4.0

参考文献

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[6]吉紫娟, 包佳琪.指纹识别系统的光学设计[J].湖北第二师范学院学报, 2008, 25 (2) :69-71.

热处理畸变 篇9

V形直线滚动导轨是MGA6025高精度工具磨床最主要的导向零件之一,其上有高精度的加工表面及其他连接表面,是一个典型的细长异形杆件,由于具有无间隙,可施加预紧力、刚度高,能长期保持精度,可高速运行,低速无爬行,因而受到很高的重视,并得到很大发展。根据其工作性能要求,滚动直线导轨应具有高精度、高硬度、高稳定性、足够的韧性等,其失效形式主要为接触疲劳损坏和重压下产生塑性变形。为此,导轨在加工过程中,安排有各种热处理工艺,涉及球化退火,淬火、校直、冷处理、低温回火等,其中淬火变形对导轨后续加工工艺有很大的影响,过大的淬火变形,会使导轨生产工艺复杂化,降低劳动生产率,提高生产成本。因此,生产中均对导轨淬火变形提出严格的要求[1]。

本文所述是MGA6025高精度工具磨床床身导轨,按照磨床的要求,其上需安装滚珠与下导轨组成滚珠导轨副,实现高精度的移动进给。根据零件加工工艺,提出了淬火回火后导轨弯曲量≤0.25mm,相当于一类校直零件的精度要求。

1导轨结构及技术要求

为了使问题简化,这里只简介与淬火—回火有关的零件结构及技术要求。零件淬火前的结构简图如图l所示,其淬火技术要求59～61HRC。根据零件使用功能与技术要求,导轨机械加工工艺路线确定为:下料→锻造→刨→铣→球化退火(HBl97～214)→粗磨→钳→铣→淬火(校直)回火→半精磨→磁力探伤→精磨→时效→超精磨。零件淬火→回火后其弯曲量不超过0.25mm。

2导轨材料及热处理

该导轨材料选低合金工具钢CrWMn,其特点是:淬透性好,经热处理具有较高的韧性,淬火时变形较小,但其回火稳定性较差。

此材料属过共析钢,碳化物较多,必须进行锻造来改善碳化物的分布。锻造以后,其硬度较高,难于切削加工。为了改善加工性能,给淬火做好组织准备,须进行球化退火处理。

2.1正火

其目的是细化晶粒,消除应力。正火工艺:零件加热至920℃,保温2h,空冷。对其要求晶粒度≥5级,网状碳化物≤3级。

2.2球化退火

加热至(770±10)℃,保温4h,随炉冷至670℃,保温4h,再随炉冷至450℃,出炉空冷,要求HB197～241,珠光体2～4级。

2.3导轨淬火—回火

为了保证导轨硬度HRC≥59～61,零件半精加工前需要进行淬火一回火。

1) 淬火:加热温度(840±10)℃,保温20mim,油淬3.0～2.5min(第一根导轨可适当增加淬火时间到3～5min,因开始时油的流动性较差,冷却速度慢),至170℃左右出油进行热校直,校直后的导轨弯曲≤0.20mm。

淬火采用盐浴炉加热,10号机油冷却。

2) 冷处理:冷处理亦称冰冷处理,摄氏0℃下处理,深冷处理。是钢淬火冷却到室温后继续冷却到马氏体转变开始点Ms以下某一温度,使在室温未完成转变的奥氏体转变成马氏体。冷处理的目的,一是使零件具有精度保持性(尺寸稳定性),防止在室温因残留奥氏体转变而发生尺寸变化;二是促使未转变的奥氏体更多的转变成马氏体,进一步提高硬度,从而提高零件的耐磨性和使用寿命。

钢冷处理工艺依据零件所采用的钢种而定,一般取(-60～-80)℃已足够。冷处理时钢中残留奥氏体向马氏体转变主要发生在冷却过程中,中间停留会使奥氏体稳定化而影响马氏体转变的彻底完成。达到预定的冷处理温度,视零件尺寸大小和装炉情况,估计内外均温后即可,不需要特定延长保温时间。冷处理应在淬火后冷却至室温立即进行(即连续进行)。降温宜缓慢,冷速过快,易造成开裂。冷处理完成后,取出工件在空气中自然缓慢地升到室温,然后再进行回火。

根据上述原则,本导轨的冷处理工艺最终确定为:将冷至室温的导轨,装入以干冰(固体CO2)加酒精溶液为介质的炉中冷却,至-70℃下保温1.5h,出炉恢复到室温清洗,考虑到回火过程有回复变形,要求冷处理后的弯曲量不大于0.2mm。

3) 回火:(150±10)℃,保温2h,导轨弯曲控制在0.25mm以内。

3导轨淬火畸变

从上述零件淬火—回火过程可以看出,零件淬火—回火后的弯曲变形量至少涉及淬火、校直、冷处理、低温回火等工序。研究试验显示,不论是导轨热校直、冷处理、回火工艺本身,还是零件的冷处理回复、热校直后的弯曲变形都与淬火畸变及特性有关。所以,零件淬火畸变是零件淬火—回火弯曲变形的根本原因。因此,研究零件淬火畸变及特点,弄清畸变原因,掌握畸变变化规律及其影响因素,对控制零件淬火畸变大小和方向,减小零件淬火回火弯曲变形,具有非常重要的意义。

3.1零件淬火畸变理论基础

零件淬火畸变是零件淬火后各个方向上的形状和尺寸的变化。由于零件结构形状复杂,因此其淬火畸变也很复杂。形成零件淬火畸变的原因:

1) 淬火前后的组织比体积不同。原始组织为珠光体的比体积小,经过淬火后转变为马氏体的比体积最大,造成体积胀大,引起零件的表面积增大,尺寸增加,即淬火后零件的尺寸都会普遍增大。

2) 零件淬火转变马氏体比体积增大、尺寸增加在各个方向上的不均衡,造成零件形状畸变。淬火零件在加热冷却过程中因加热温度不均匀、冷却时的不同时性而形成的热应力和组织应力,在零件各处的大小和方向不尽相同,当内应力超过材料的屈服强度时,便形成不相等的塑性变形,从而引起零件形状的畸变。

零件淬火时的热应力,是零件在加热和冷却过程中,其内、外层加热和冷却速度不同所造成的各处温度不一致,只是热胀冷缩的程度不同而产生的。冷却速度越大,造成零件内外温差越大,内应力也越大。

图2是零件表面各处的不同冷却速度比。设平面的冷却速度为1,则尖角处的冷却速度为它的7倍,棱边是它的3倍,面凹角处的冷却速度只有它的1/3。零件的体积越小,表面积越大,则冷却越快。图示说明,零件表面不同部位的冷却速度有很大的差别,因此其表面不同部位的热应力差别很大:面尖角处的热应力最大,而面凹角处的热应力最小。零件形状越复杂,其温度差异越大,热应力引起的变形越复杂,零件畸变越严重。

图3(a)是零件受纯热应力引起的变形图。零件由高温冷却时,开始时表面收缩大,心部受阻碍而使表面受拉应力;而在冷却的后期,表面反过来阻碍心部的冷却,使心部受拉应力而表面受压应力。对照图2和图3(a),零件由内外温差形成的最大胀形热应变,位于冷却速度最小处,零件尺寸增加明显,而在冷却速度最大处,零件尺寸则无变化。由此可见,热应力造成的零件胀大形变主要是在冷却速度最小处最为明显。

零件淬火时的组织应力,是在零件的加热和冷却过程中,由零件内部组织转变的时间不同所造成的内应力。

对同一种钢,马氏体比体积最大,奥氏体比体积最小。淬火时表面先转变为马氏体,体积增大,心部仍为奥氏体,这时心部阻碍表面体增大,表面产生压应力而心部产生拉应力。当心部开始马氏体转变时,表面已经转变完了,已成硬壳,阻碍心部胀大,使之受压,而心部使表面受拉,结果产生拉应力。图3说明,零件最大组织胀大形变发生在冷却速度最高处,并且比最大热应力胀形变大得多,而在冷却速度较小的平面处组织胀大形变为零。

纯粹组织应力作用使零件变形的趋势如图3(b)所示[2]。

零件淬火时零件的畸变是这两种内应力综合作用的结果,如图3(c)所示。

由此可见,零件淬火时的畸变有两个特点,1) 零件淬火后其体积增大,形成表面积增加,尺寸增大;2) 零件淬火后尺寸增大不一致,形成形状畸变,其热应力畸变总体较小,组织应力畸变较大。零件淬火后的最终形状,主要取决于组织应力畸变的大小和方向,变形以组织胀大形变为主。因此,零件的畸变以组织胀大畸变为特征。

3.2导轨淬火畸变特点

从图1中可以看出,导轨是一个细长杆件,截面较复杂,其截面上下不对称;上半部主要为V形槽结构,下半部则开有数个螺栓通孔。导轨淬火时,冷却液可从下部螺栓通孔中直接冷却,其冷却速度高于上部冷却速度。依据上述淬火畸变理论和图3(c)分析结论,在导轨横向截面中,因导轨具有上下不对称的结构特点,其下部胀形畸变必然大于上部胀形畸变,形成下宽上窄的异形扇形状。受尺寸效应的影响,其畸变量并不大;又因导轨前后形状基本对称,因此前后两部的伸长畸变基本相同,不会形成导轨的前后(侧向)弯曲。这两种小畸变均可通过后续的磨削比较容易的予以纠正。而在导轨纵向截面中,受尺寸效应影响,导轨纵向伸长大大增加。依据图1和图3的分析结果,因导轨下部冷却速度快,上部冷却速度慢,导致导轨的上下弯曲。按照连续变形原理,导轨的纵向热应力伸长畸变为:上部大于下部,形成导轨上“凸”弯曲,即由下向上弯曲;而导轨的组织伸长畸变为:下部大于上部,形成导轨下“凸”弯曲,即由上向下弯曲。导轨最终畸变弯曲是这两种弯曲的综合结果:根据零件淬火畸变特征规律,导轨纵向畸变弯曲应为组织畸变弯曲,即“下凸”弯曲。

生产实践检测证明,CrWMn导轨淬火弯曲变形呈现下凸弯曲变形特点,这与上述零件淬火畸变分析相符,验证了零件淬火弯曲变形规律。

4影响导轨淬火畸变因素

分析影响导轨淬火畸变因素,对研究同类零件的淬火共性,合理确定工件的淬火—回火工艺,保证工件的淬火畸变技术要求,有其重要的指导意义。

4.1淬透性[3]

淬透性高的钢因组织应力导致畸变倾向增大;淬透性低的钢因热应力导致畸变倾向增大。MGA6025工具磨床CrWMn导轨,因加入Cr,W,Mn等元素,使其具有高的淬透性,故导轨的组织畸变倾向加大。

4.2截面形状及尺寸[3]

零件截面尺寸越大、淬硬层越浅,热应力畸变倾向越大;因工件形状不对称或淬入介质的方式不同而导致工件弯曲变形。CrWMn导轨截面为34×30矩形,根据CrWMn钢的临界淬透直径40～60mm可知,导轨能够完全淬透,其组织完全转变为马氏体,体积膨胀大,导轨组织应力畸变倾向增大;导轨截面形状的上下不对称、冷却不均匀,导致导轨弯曲畸变呈现组织应力畸变特征。

4.3含碳量和Ms点

低碳钢淬火后得到的低碳马氏体比体积较小,组织应力小,一般以热应力畸变为主;中碳钢的Ms温度高,马氏体比体积也较大,表现为组织应力畸变为主;高碳钢因Ms温度低,故其热应力畸变倾向大。CrWMn钢含碳量为0.90%～1.05%,属于高碳钢,具有过共析钢的转变特点,Ms点低;Mn的加入,也使Ms点降低,淬火后有较多的残余奥氏体,马氏体转变较少,因此导轨的热应力畸变倾向加大。

4.4冷却方法及冷却介质[3]

Ms以上慢冷能降低内外温差,因而可减少热应力引起的畸变;Ms以下慢冷则能降低组织转变剧烈程度,因而能减小组织应力引起的畸变。等温淬火组织转变相当于平衡转变,因此其应力畸变倾向小。CrWMn导轨淬火为垂直油淬,连续冷却,导轨在Ms以下冷却相对较慢,因此其淬火组织应力畸变减少,导致内应力畸变减小。

4.5淬火加热温度

淬火加热温度提高,冷却速度加快,热应力和组织应力畸变倾向增大。CrWMn导轨淬火温度有所增高,因此,相对于相同含碳量碳钢,其内应力畸变倾向加大。

4.6碳化物偏析

碳化物偏析如严重,将促使工件形状畸变增大。CrWMn导轨经过锻造和正火工序,充分消除组织偏析和网状渗碳体,减小了导轨内应力畸变。

导轨淬火总变形是这些因素综合作用的结果。

5减少淬火弯曲变形的措施

5.1工件材料及其性能

细长杆件由于其结构的限制,其径向刚度很低,零件在受到外力、内应力作用时,会产生很大的变形,从而造成工件的弯曲。因此,要减少工件的弯曲变形,首先要选择合适的材料,选材应弹性小、塑性好,且其热处理变形小、稳定性好。尤其是需要淬火的零件其淬火及其变形要控制在一定的较小变形内。本导轨曾经选用GCr15材料,但其淬火变形太大,不能满足后续加工工艺的要求,现采用CrWMn就是通过试验,选择确定的较好导轨用材。

5.2合理设计工件

零件的结构应尽量简单,其横截面形状应尽量对称,避免复杂的截面形状。槽形(或开口)工件淬火前应为封闭结构;必要时可布设工艺孔加强散热。否则零件在淬火后不仅弯曲变形大且不稳定,造成弯曲变形太分散,从而使弯曲变形方向和大小均不易控制。本例导轨下部的螺栓通孔,类似于工艺孔。若无此孔,导轨的畸变将与现在的弯曲状态截然不同(大小和方向)。

5.3采用合理的淬火工艺

如降低淬火加热温度、缓慢加热或对工件进行预热、快速加热、合理的淬入淬火介质的方式以及采用分级、等温淬火等。本文所述就是在充分试验的基础上,确定、规范的导轨畸变较小的淬火回火工艺。

5.4合理的锻造和预备热处理

通过锻造消除严重的碳化物偏析及带状组织,有利于减少畸变;预备热处理能改善原始组织,消除残留应力,从而减少淬火畸变。本导轨进行的锻造和正火,改善、细化了组织结构,为球化退火和淬火作好组织准备。

6弯曲畸变的矫正

当零件淬火畸变较大或零件弯曲变形要求高时,可采用各种校直等方法,减小零件淬火弯曲畸变。

6.1采取适当的校直方法[3]

零件精度要求不高时,可采用冷校直进行,零件精度要求较高时,则应采用热校直进行校直。单点校直,简单、易行,如果零件精度要求较高,则采用多点校直,尽量使校直分布均匀,这样冷处理后的变形回复小且稳定。

6.2校直弯曲方向[3]

零件的弯曲变形是通过其产生塑性变形来实现的,按照弯曲塑性变形理论,工件在校直中的塑性变形越充分,其冷处理后的回复变形越小;塑性变形中的应力、应变均匀且充分,其冷处理后的弯曲变形回复越愈控制,校直后的零件就越直;变形中的硬化强度越低,变形过程中的塑性变形差异越小(即应变梯度越小),零件校直后的精度(直线性)稳定性越好。试验及生产实践证明,导轨淬火后的变形方向为“下凸”弯曲,其大小没有一定规律,它是由零件的结构决定的。从冷处理后弯曲变形的回复角度考虑,淬火后应将零件的“下凸”弯曲校直为“上凸”弯曲,冷处理后的弯曲回复就较小,有利于后续工序地进行。理论分析说明,零件校直弯曲方向校直为淬火后弯曲的相反方向,也就是从“下凸”方向校直到“上凸”方向后,塑性变形比例大,变形越充分,因而冷处理后的弯曲回复就越小,零件室温下弯曲量越小。

6.3选择合理校直温度[3]

严格控制校直量大小,对保证导轨具有较好的校直精度和稳定性效果明显。试验研究结果证明,导轨校直温度越高,校直精度越易控制,说明弹性下降、塑性改善,有利于零件的校直;校直温度范围选择合理、校直次数恰当,校直精度越稳定,从而可大大提高导轨的导轨弯曲合格率。本例校直数据表明,80℃～50℃敏感范围的校直及其恰当的校直次数,导轨室温弯曲可控制在+0.09mm～+0.12mm,按照冷处理后的平均校直弯曲变形回复≤0.05mm计,零件冷处理后的弯曲不会高于0.2mm;而再增加高于90℃或低于50℃的校直对进一步提高校直精度及稳定性意义不大。因此必要时可增加敏感温度的校直1～2次。

6.4严格操作程序[3]

淬火时应该严格按照操作准备程序执行,并且零件的出油温度应该保持一致(170℃)。如果出油温度高低不一,则冷处理后的变形及其方向很难控制,会造成弯曲超差。试验数据说明,零件淬火出油温度不一致,会导致冷处理回复数据大量分散,超出允许的弯曲变化值,因此保持淬火出油温度的一致性是保证校直精度的重要因素。导轨出油后一定要将零件的油污擦干净,然后再进行热校直。

6.5校直时,受力点应避开零件上的孔,以免零件严重变形[3]

有个别情况会出现零件侧向弯曲,形成麻花状,但其变形量比较小,不会影响整个零件的校直质量。应标明这样有测向弯曲的零件,以提醒操作者找正时注意。

参考文献

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