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英莳国际TRI-STEP “塑料螺纹螺母嵌件”，小设计带来的大突破 |
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| http://cn.newmaker.com
11/30/2012 11:48:00 AM
佳工机电网
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 汽车行业在不断寻求轻量化的解决方案，以提高整体性能、 燃油消耗和车辆续航里程。在过去，改善重点是那些大型部件的重量。但是现在，范围已涵盖到包括紧固件在内的这些小型组件。
英莳精密部件有限公司（以下简称“英莳国际”）的全球研发团队面对其主要的OEM客户之一的挑战，研发出全新系列热熔安装的塑料嵌件，在保证目前铜嵌件同样性能的基础上，减轻产品重量，同时应对客户对产品成本和安装使用成本之降低的要求。这一系列要求在塑料嵌件的设计和生产上完全是全新的尝试。打破了常规塑料嵌件的设计理念。常规的塑料嵌件设计材料为黄铜，使用普通的单轴和多轴自动车床生产加工而成。
英莳国际的设计团队制定了如下设计目标：高抗拉拔力；高抗扭转力 ；高强度螺纹——配合8.8 级螺栓可提供70%安全余量 ；提供更大的承载面，以防止产生千斤顶效应；塑胶上胶孔设计简单易于注塑和测量；优异的安装性能,以帮助自动安装；无溢胶风险；极佳的高耐受插入能力；自动送料容易辨认产品方向；节省安装时间；减轻重量；产品和现场安装成本同时降低。
在材料比对挑选中，钛、 塑料和铝三种材料被列为备选。钛虽然具有优良的强度的重量比，但由于材料和制造成本过高被快速排除。调查发现塑料曾被用于制造螺纹紧固件。不过，由于其螺纹强度低和螺纹蠕变的局限的原因，汽车行业并没有广泛采用塑料材质。此外，组装方式仅局限于自攻安装和塑料焊接，而用于塑料焊接的高纤塑胶紧固件又局限于只能使用跟塑胶结构同样的塑胶来制作。英莳国际也考虑用高强度和高蠕变性能的热固性塑料，但大批量生产这种热固性塑料紧固件被证明还是复杂且昂贵的。另外这种塑胶在回收上也相对存在很大难题。
铝的重量仅为铜的三分之一，而且重量轻便，并有着和铜相似的强度等级。英莳国际认为采用铝是一个非常明智的决定。铝材料的选择是非常复杂的，它是由若干合金合成的一种金属，2000,5000, 6000和7000系列最广泛用于高强度承载的产品中。考虑到拉伸和屈服强度、 耐腐蚀、耐高温和至关重要的制造方法，英莳国际选择了5000和6000两个系列合金制作全新的“塑料嵌件”产品。最终的合金选择是取决于产品应用、 安装方式和制造方法。
为了降低成本，团队开始寻找可替代车削加工的制造方式。压铸、冲压、烧结和冷成形都被考虑在内。四个选项中，冷成型的加工方式可降低生产时间，材料利用率高以及5000 和 6000 系列铝都可以被冷成形，因此它被认为是最好的可替代方式。然而，冷成形加工较车削加工有其局限性，必须在设计中加以考虑。并且，冷成形初始模具的成本很高，对生产数量有很大的要求。因此，车削加工仍被视为小批量订单和复杂结构嵌件生产的首选。
从1970年开始，英莳国际的“塑料嵌件”一直位居全球前列。之前的专利产品“Sonic-Lok”，今天仍然是世界上最广泛使用的嵌件。“Sonic-Lok”和英莳国际大部分的嵌件系列都具有直线性结构设计以适合1°拔模角锥形直孔的设计。这一组合的重要特点是在安装后无塑料溢出和回弹。
英莳国际的设计团队想要研发一款兼备直形和锥形两种设计所有优点的新款螺母。三段阶梯式结构设计由三段不同直径及过渡斜面组成，塑料安装孔也遵循相同的阶梯设计配置，只有底部较小的直径处给安装时留有较小间隙避免溢胶。精心设计台阶直径间的差异，使得安装时嵌件的小直径台阶定位在塑胶的大直径处，提供了极佳的定位效果。安装前嵌件的前两段台阶都定位在塑胶孔中，整个嵌件跟塑胶孔完美的对齐和贴合，使得嵌件的安装过程较传统安装方式节省了1/3的整体安装时间。
英莳国际的设计团队研制的"Sonic-Lok”的改进替代产品，全新铝制TRI-STEPTM螺纹螺母，有着极好的定位性和对齐功能的台阶设计，除具备了直孔设计所有设计目标以外，还具有如下主要特点：具备与黄铜嵌件同样良好的抗拔出性及抗扭转性 ；减少66%的重量；定位精准；比传统黄铜嵌件节省20%的成本 ；比传统黄铜嵌件节省2秒安装时间 ；环保，无铅。
全新的TRI-STEPTM广受汽车OEM 及其第一、二级塑胶注塑厂商的接受和推崇，目前正在被应用于若干新的汽车项目中。基于市场的反馈，除了大尺寸铝制设计TRI-STEPTM的面世和推广，英莳国际相继推出了薄壁塑料嵌件的系列。薄壁的设计减少了直径范围，更好的适用于极端苛以及有限空间的应用环境下。尺寸范围从 M2-M8，两个标准长度以及多种材质可供选择。
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