对于生产商而言，采用人工方式将 18 个铜螺母嵌入控制单元的塑料件壳体内，不仅费时费力，而且成本很高。超声波焊接可作为一种高效的工艺替代方案，可以大幅缩短生产节拍时间，在小批量生产的场景下，更具经济效益。焊头丰富的功能性和HERRMANN ENGINEERING的优势在其中演绎着关键作用。
对于 apra-plast Kunststoffgehäuse-Systeme GmbH 公司而言，过去装配一个塑料件的节拍时间超过三分钟，是非常耗时的。节拍时间之所以较长，是因为首先要将共计 18 个铜螺母高温加热，然后分别单个依次嵌入塑料壳体中。在生产数量较少的情况下，不值得采用自动化生产线来装配；而注塑内嵌成型工艺的综合成本又太高，也不是一种理想的生产方式。
在与 apra-plast 的一次日常交流中，海尔曼了解到该公司所面临的困境，并提供了一个更高效的生产方案。在双方的共同协作下，海尔曼专门为 apra-plast开发了一套超声波焊接解决方案，成果是：大幅缩短了节拍时间，而且使生产的综合效率得到了很大的提升。
采用专用的刀状焊头来焊接，生产速度提升了五倍
该方案的目标是使用超声波焊接方式，同时将多个铜螺母嵌入聚碳酸酯（PC）塑料壳体中。为此，我们首先设计出了一种专用的焊头，它可以在塑料件框架的每一侧同时准确地嵌入多个铜螺母，将原来的 18 道工序减少到 4 道，这意味着生产节拍时间可以压缩到 40 秒以内，总的工艺时间仅为原来的五分之一。
在超声波焊接嵌入的过程中，刀状焊头同时作用于塑料件壳体一侧的铜螺母上。铜螺母在超声波的作用下开始振动，振动产生的能量传导到塑料壳体的内孔并使其开始熔化。熔体流入铜螺母的凹槽处，冷却后使得铜螺母与塑料件的内孔形成牢固的接合。此工艺方法可确保铜螺母完全嵌入塑料壳体中，同时保护其表面免受损坏，呈现出了完美的外观视觉效果。
在超声波焊接嵌入过程中，铜螺母必须完全均匀地嵌入塑料壳体，因为该塑料件是用来制造终端产品控制单元的，塑料件将用螺丝与另一个对应零件连接组合起来。如果铜螺母凸出于塑料壳体表面，会使连接结合面不平整，从而导致塑料件与另一个零件无法紧密的安装连接在一起。
为了确保铜螺母均匀嵌入，在嵌入过程中，塑料壳体表面与焊头底面二者必须保持完全平行，并且必须将塑料壳体稳妥固定，避免发生移动。为此，我们设计了一种带凹槽仿型的专用底模。操作人员能够将塑料壳体放入底模中，并夹紧到位保持稳定；操作超声波设备将螺母焊接嵌入到塑料壳体的一侧，然后将塑料壳体翻转并再次夹紧固定，嵌入塑料壳体上另一侧的螺母；依次类推，只需 4 步工序即可完成所有 18 个铜螺母的嵌入。在项目开发过程中，必须重点关注专用焊头和底模的优良匹配性，才可能在边长310 毫米的塑料件上实现可靠的焊接嵌入。
一机多用
为了减少超声波设备的摊销时间，HERRMANN ENGINEERING 团队建议尝试将设备的应用范围扩展到 apra-plast 当前的其他项目中。海尔曼超声波焊接设备配置了快换振臂系统，意味着针对不同的应用，操作人员可以在几分钟内完成另一套振臂系统的更换，就可投入到另一种产品的生产。这也适用于制造多种类、小批量产品的生产场景。
本案例产品是测量仪器的塑料件外壳，配置安装了有机玻璃 (PMMA) 检视窗。零件之间的接合处要求必须具有密封防水功能，以保证最终产品的正常运行。该检视窗之前采用手工涂胶的安装方式来连接，存在多个弊端。当使用粘合剂时，经常会形成气泡，从而影响连接的密封性。除此之外，手工操作时，零件可能滑出安装位置，不仅影响密封性，还影响最终产品的外观。
初步测试表明，使用超声波有助于提高产品质量。检视窗通过超声波焊接连接，可以实现绝对可靠的密封连接。在不使用粘合剂情况下，就可以确保良好的产品外观，这是一种完全不需要辅料的环保型接接工艺。使用超声波焊接技术的另一个关键指标是能够实现对工艺过程的监控：通过严密的监控来管理每一次焊接过程质量的重复性，使得制造的可靠性达到了一个新高度。
成功的关键：培训和咨询
apra-plast 首次使用超声波焊接技术，就延伸到了两个应用项目上。海尔曼提供了超声波焊接技术的培训，以及项目技术可行性和财务核算方面的咨询，对该公司的投资决策起到了决定性作用。通过焊接设备的租赁服务，客户能够模拟实际生产工况条件先进行实验性生产测试，同时，熟悉如何操作和使用设备。
结论
已开发的成功焊接解决方案表明，使用超声波设备进行小批量生产是经济实用的。在整个项目进展期间海尔曼可提供全程深度的技术支持，同时，可以帮助客户开发出更多丰富的项目应用。特别是与手工操作相比，超声波焊接具有生产速度更快和产品质量更高的巨大技术优势，支持客户设计出经济、可持续和高效的完整制造工艺流程。
