图1  铝制TRI-STEP家族

英莳国际的设计团队面对挑战，研发出了全新系列热熔安装的塑料嵌件，在保证和铜嵌件相同性能的基础上，减轻了产品的重量，同时满足了客户对产品成本和安装使用成本降低的要求。

汽车行业在不断寻求轻量化的解决方案，以提高车辆的续航历程、燃油效率和整体性能。以往厂商们的重点主要放在降低大型部件的重量上，现在人们已越来越多地开始考虑如何降低包括紧固件在内的这些小型组件的重量了。

作为全球领先的专业紧固件和紧固应用方案供应商，英莳精密部件有限公司（以下简称“英莳国际”）的设计团队面对挑战，研发出了全新系列热熔安装的塑料嵌件——全新铝制TRI-STEP螺母（见图1），在保证和铜嵌件相同性能的基础上，减轻了产品的重量，同时满足了客户对产品成本和安装使用成本的要求。这在塑料嵌件的设计和生产上，完全是全新的尝试，它打破了常规塑料嵌件的设计理念。

材料的全新尝试

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。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。经调查发现，塑料曾被用于制造螺纹紧固件，但由于其螺纹强度低和螺纹蠕变的局限的原因，并没有被汽车行业广泛采用。此外，塑料材质的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。英莳国际也考虑过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过程被证明是复杂的，且价格昂贵。另外，这种塑胶在回收上也存在相当大的难度。

图2  三段阶梯式结构设计

由于铝的重量仅为黄铜的1/3，重量轻且有着和铜相似的强度等级。英莳国际认定采用铝是一个非常明智的决定。铝质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系列铝合金被广泛用于高强度承载产品中。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6000两个系列铝合金制作全新的塑料嵌件产品。最终的合金选择取决于产品应用、安装方式和制造方法。

可替代的制造方式

为了降低成本，英莳国际的设计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，冷成形的加工方式可降低生产时间，其材料利用率高，5000和6000系列铝都可以采用冷成形工艺，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，车削加工仍被视为是小批量订单和复杂结构嵌件生产的首选。

图3  铝制TRI-STEP和薄壁TRI-STEP

全新铝制TRI-STEP螺母

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（见图2），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地对齐和贴合，使得嵌件的整体安装时间较传统安装方式节省了1/3。

英莳国际的设计团队研制的全新铝制TRI-STEPTM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，还具备与黄铜嵌件同样良好的抗拔出性及抗扭转性，减少了66%的重量，其定位精准，比传统黄铜嵌件节省20%的成本，在安装时间上也比传统黄铜嵌件缩短了2s，属于无铅的环保产品。

全新的TRI-STEP受到汽车OEM厂商及其第一、二级塑胶注塑厂商的广泛推崇，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-STEP的面世和推广，英莳国际也相继推出了薄壁塑料嵌件的系列（见图3）。薄壁的设计减小了直径范围，更好地适用于极端苛刻和有限空间的应用环境下。其尺寸范围为M2～M8，共有两个标准长度以及多种材质可供选择。