0 引言

随着汽车工业的快速发展，轻量化与成本控制已成为汽车制造领域的核心发展方向。铝合金因其密度低、比强度高、切削加工性能优异，被广泛应用于变速器壳体等关键零部件。螺纹连接作为铝合金零件最主要的装配方式，其可靠性与制造成本直接影响产品的整体质量与市场竞争力。

目前，汽车变速器铝合金零件主要采用两种螺纹结构：一是自锁螺纹，用于防止螺栓松动；二是安装钢丝螺套的普通螺纹，用于增强螺纹基体强度。但现有工艺存在两大瓶颈：一是自锁丝锥长期依赖进口，价格昂贵且寿命低，导致加工成本高；二是钢丝螺套工艺需额外增加材料采购、仓储与装配环节，综合成本高且生产效率低。因此，开展典型螺纹结构的低成本加工技术研究，对提升企业核心竞争力具有重要的工程意义。

1 自锁螺纹的低成本加工技术研究及应用

1.1 竞品分析

为明确进口自锁丝锥的技术特点与性能短板，选取行业主流的某品牌自锁丝锥作为研究对象，开展系统的性能测试与结构解析。采用三维光学测量仪、表面粗糙度轮廓仪与高精度螺纹综合测量仪，精确采集丝锥螺纹齿形的大径、小径、中径、牙型角、螺距及齿面斜角等关键几何参数；基于测量结果建立丝锥与螺纹塞规的二维CAD模型，模拟螺纹副与塞规的配合过程，揭示其自锁原理与结构特征。

分析表明：现有进口自锁丝锥普遍采用通用高速钢基体与氮铝化钛（TiAlN）涂层，结构为普通直槽且无内冷却设计。在铝合金大批量加工过程中，存在耐磨性不足、排屑不畅及易粘结铝屑等问题，导致刀具平均寿命仅为600件。频繁换刀不仅降低生产效率，还显著增加了单件加工成本。

1.2 自锁丝锥的自主设计与优化

基于上述分析结果，项目组自主设计的自锁丝锥如图1所示，主要从材料、涂层和结构三个方面对丝锥进行优化。

图1 自主设计的自锁丝锥

（1）基体材料升级：将刀具材质由传统高速钢优化为硬质合金，硬质合金在硬度、耐磨性和高温红硬性方面均显著优于高速钢，更能适应铝合金加工中虽切削力不大但易磨损的场景。

（2）表面涂层创新：将原有的TiAlN涂层升级为类金刚石（Diamond-LikeCarbon,DLC）涂层。DLC涂层具有极低的摩擦系数和极高的硬度，其优异的自润滑性能可有效减轻铝合金加工中的材料粘附现象，减少积屑瘤的产生，从而改善螺纹表面质量并减少刀具磨损。

（3）冷却排屑结构优化：创新性地设计了中心内冷通孔结构。该结构使高压冷却液能够直达切削刃区，极大地改善了加工过程中的散热条件，同时帮助有效冲走切屑，避免因排屑不畅导致的螺纹表面划伤或刀具崩刃。通过与国内专业精密刀具企业开展产学研合作，完成了自锁丝锥的样品制造与工艺验证，并制定了相应的企业技术标准，实现了自锁丝锥的国产化替代。

1.3 试切与跟踪验证

将首批自主研制的自锁丝锥投入生产线进行实切验证。试切结果显示，加工出的螺纹牙形完整清晰，表面质量良好，使用专用自锁螺纹塞规检测，通止规全部合格。

为考核其长期加工性能与自锁可靠性，组织了批量耐久性测试。使用该丝锥连续加工500件零件后，刀具无明显磨损，继续投入生产直至刀具失效。

最终统计数据如表1所示，该自主研发丝锥的平均加工寿命达到3580件，相比原进口丝锥的600件，提升幅度高达近6倍。

随后，将采用新丝锥加工的零件组装成变速器总成，投入市场并进行为期一年的跟踪。反馈信息表明，螺纹连接部位未出现任何松动或失效情况，自锁性能稳定可靠。刀具寿命的大幅提升，每把国产化自锁丝锥节约0.4元，如每年变速器需求量按10万台计算，壳体类零件的需求量约为40万件，年节约成本约16万元，经济效益显著。

2 安装丝套用螺纹的低成本加工技术研究及应用

2.1 挤压丝锥工艺的引入

在变速器壳体类零件上，部分安装孔需承受较高载荷或频繁拆装，传统工艺采用先使用切削丝锥加工出普通螺纹，再压入钢丝螺套以增强螺纹基体强度。钢丝螺套虽能提供良好的抗磨损和抗拉出能力，但其本身成本较高，且增加了采购、仓储及安装等多个环节，使单处螺纹综合成本增加。

针对此类强度要求适中但需保证可靠性的非关键承载螺纹，提出采用挤压丝锥直接加工螺纹的替代方案。挤压丝锥无切削刃，通过塑性变形使孔壁金属填充到丝锥的螺纹型腔中形成螺纹。与切削加工相比，挤压成型的螺纹金属纤维连续分布，且表面产生加工硬化，可显著提升螺纹的整体强度与耐磨性。

2.2 螺纹强度试验验证

为科学评估挤压螺纹替代“切削螺纹+钢丝螺套”方案的可行性，设计并执行了系列对比试验。

2.2.1 拆装箱循环试验

如图2所示，选取6台变速器壳体总成，对其后盖与上盖上的顶丝孔（采用挤压工艺加工）进行模拟维保的反复拆装试验。试验规范为：每个螺纹完成6次完整的螺栓拧入－拧出循环，相邻两次循环间隔不低于72h，以模拟实际使用中的应力松弛过程。

图2 拆装箱试验

试验结束后，经目视检查与光学测量，所有挤压螺纹的牙型完好，无磨损、撕裂或塑性变形现象，螺纹副的配合性能保持良好。

2.2.2 破坏性扭矩对比试验

分别制备“挤压螺纹”与“切削螺纹+钢丝螺套”两种试件各10件，在万能材料试验机上进行拧紧至破坏的扭矩测试，试验结果如表2所示。

结果表明，挤压螺纹的极限强度反而比原方案提升了约6%。其强度优势主要源于挤压成型工艺使金属纤维连续分布并产生加工硬化，从根本上增强了螺纹本体的强度。试验证明挤压螺纹可替代普通安装钢丝螺套螺纹，并且有试验数据支撑结论。

2.3 装箱跟踪与批量推广

将采用该挤压丝锥加工的500件零件投入市场，并在零件号旁标注“SY”以作区分。经过市场跟踪，螺纹连接性能稳定，未出现松动或损坏。基于试验与市场验证结果，企业决定在铝合金零件的非重要特征螺纹中全面推广挤压丝锥工艺，取消钢丝螺套安装。每取消一个丝套，可节约成本0.4元，在大批量生产中经济效益显著。

3 结语

本文围绕铝合金零件中两种典型螺纹结构的低成本加工需求，系统开展了自锁丝锥的自主设计与挤压丝锥工艺的应用研究。通过材料、涂层与结构的优化，自锁丝锥寿命提升至原来的6倍，实现了关键刀具的国产化与成本控制；通过挤压丝锥工艺的引入与验证，成功替代钢丝螺套结构，在保证螺纹强度的同时，显著降低了材料与装配成本。两项技术的实施，为企业提供了可行的低成本螺纹加工解决方案，具有较强的工程应用价值与推广前景。

参考文献

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[2] 王磊,刘伟.自锁螺纹结构设计与防松性能分析[J].汽车技术,2021,(5):45-49.

[3] 陈华,赵刚.挤压丝锥在轻合金螺纹加工中的应用研究[J].工具技术,2020,54(3):78-82.

[4] 孙建国,周峰.钢丝螺套与挤压螺纹强度对比试验研究[J].机械设计与制造,2019,(12):120-123.

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