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Plastic Part Assemblies. 6. Staking. 1. Introduction. 2. Plastic Part Assemblies. 7. Fasteners. 8. Bonding. 3. Press Fits. 9. Ultrasonic Welding. 4. Snaps Fits. 10. Other Welding Techniques. 5. Snap Design. Understand the Considerations in Selecting an Assembly Method.

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Presentation Transcript
plastic part assemblies
Plastic Part Assemblies

6. Staking

1. Introduction

2. Plastic Part Assemblies

7. Fasteners

8. Bonding

3. Press Fits

9. Ultrasonic Welding

4. Snaps Fits

10. Other Welding Techniques

5. Snap Design

after completing this unit you will be able to
Understand the Considerations in Selecting an Assembly Method.

Understand How to Press Fit Plastic Parts.

Design a Snap.

Select an Appropriate Fastener.

Understand the Available Methods of Bonding Plastic Parts.

Design Joints For Several Types of Welding Techniques.

After completing this unit,you will be able to...

Introduction

overview
Overview

Plastic Part Assemblies

當設計塑膠零件裝配時,必須要考慮幾個因素,例如:簡化零件數量、決定最佳的裝配方法,為配合適當的組立,須允許適當的間隙設計等。

part design
Part Design

當設計塑膠零件時,要考慮到整體的配件。藉由對成品的優質設計,可以降低生產成本,而第一要件就是決定裝配零件的數量。

Cont.

Q:如何降低零件的數量?

Hint:成形速度快於組立速度

disassembly
Disassembly(拆卸)

在決定裝配方法時,必須先決定任何拆卸的必要條件。

  • Is the assembly permanent?
  • 一件產品如果不需要被拆卸,焊接是最好的方
  • 法。大部分的焊接技術是永久的。

Cont.

  • If the product needs to be disassembled, how often?
  • 如果產品需要一再被拆卸和組裝,可以嵌入一個
  • 扣件。
slide6
Fit(配合)

設計塑膠零件裝配的功能時,為了使零件間互相配合,不會設計所有的內壁互相接觸。如果設計好機器零件,其機器公差每10mm需要有+/-0.127的公差,然而材料選擇和零件設計在公差上有更多影響。

Cont.

Reveal Line

slide7

對於一些雙配合的零件,也經常被使用在射出模具零件中,常見的是組裝零件裡有明顯的縫隙(gap),被稱為顯示線。對於一些雙配合的零件,也經常被使用在射出模具零件中,常見的是組裝零件裡有明顯的縫隙(gap),被稱為顯示線。

Cont.

RevealLine

slide8
由於塑膠材料之多變化性,其組裝塑膠零件的方法,可分為:由於塑膠材料之多變化性,其組裝塑膠零件的方法,可分為:

<1>機械組裝

<2>溶劑組裝

<3>黏著劑組裝

<4>焊接組裝

組裝零件的方法

Cont.

slide9

材料 機械組裝 溶劑組裝 黏著劑組裝 焊接技術

最好

不好

不好

不好

不好

PC

ABS

POM

壓克力

Nylon

PP

PS

Polysul fone

SAN

不好

最好

最好

最好

各種材料其組裝法好壞之比較

Cont.

slide10
以機械組裝來連接塑膠產品是組裝中最基本的方法,可分為接合法(Fits)和扣接法(Fasteners)。以機械組裝來連接塑膠產品是組裝中最基本的方法,可分為接合法(Fits)和扣接法(Fasteners)。

好處為成本低、可重複使用、組裝速度快且效果良好。但質軟易變形的材料如LDPE及硬而脆的材料皆不適宜用扣接法。

機械組裝

Cont.

slide11
接合法一般可分為壓緊法(Press-fits) 、迫緊法(Snap-fits)及打樁法(Staking)。

扣接法可分為具有螺紋之螺絲(Screw)、螺絲加螺帽(Nut)與夾箍(Clips)、鉚接(Riviting)等。

Cont.

slide12

壓緊法是最簡單的

  • 接合方法,不僅快
  • 速且成本低,但卻
  • 往往最易出問題。
  • 大部分的壓緊法是
  • 使用一個栓作用在
  • 中空的塑膠零件,
  • 造成一張力使材料
  • 緩慢移動而發生斷
  • 裂。

Press Fits

alternative designs
Alternative Designs
  • 可以放置一夾箍,在浮
  • 凸物之上防止它擴張,
  • 也有其他更好的方法。
  • 例如:為了使塑膠零件張
  • 力減少到最小,可以使
  • 用不一樣的梢設計減少
  • 表面接觸。
  • 一般常見栓的設計有倒
  • 鉤和具浮凸物的插梢設
  • 計形式。

Cont.

Barbed Pin

Knurled Pin

slide14

Alternative Designs

一般平直的栓仍被使用,也可以設計加上補強肋於中空的浮凸物防止它變形。

Cont.

Boss with Ribs

slide15
設計壓緊裝置時,要確保支撐力能夠大到足以組合而又不會造成應力過分集中,其影響因素有三:設計壓緊裝置時,要確保支撐力能夠大到足以組合而又不會造成應力過分集中,其影響因素有三:

<1>壓緊設計需要緊密的製造公差。

<2>所用材料之硬度與韌度。

<3>隨著時間的增長,所造成塑品的蠕變

及應力鬆弛。

Cont.

material considerations
Material Considerations
  • 為了能夠順利地壓緊塑膠零件的關
  • 鍵因素是材料選擇。
  • 如果包含各種不同材料,在裝配時
  • 必須注意對於兩個塑膠零件的熱膨脹
  • 和潛變率(rate of creep)等因素。

Cont.

overview1
Overview
  • 迫緊法是為一
  • 簡單,快速及
  • 具高效性的方
  • 法,能應用於
  • 任何材料之連
  • 接。

Snaps Fits

Snaps

self locking snaps
Self-locking Snaps

在風扇裝配的頂部與底部之中有一扣件,其功能把零件相互鎖在一起。

Cont.

Fan Assembly

slide19

Ex1:

常見的迫緊法種類為在末端有個斜面凸片的懸臂樑,使其可以快速裝配。

Cont.

Snap Actuating During Assembly

slide20

Ex2:

沒有上述明顯的凸片懸臂樑形式,但作動卻一樣,當扣件被壓入時,薄板產生輕微的偏斜轉向,直到被咬合為止。

Cont.

Snap Actuating During Assembly

slide21

Ex3:

  • 在風扇裝配中,
  • 上殼沿著邊緣有
  • 一肋緊貼著下殼
  • 的凹槽,和扣件
  • 保持在一起,不
  • 容易去分離開。

Cont.

Alignment Rib and Pocket

non locking snaps
Non-locking Snaps

在風扇裝配中,兩個成對可調整的通風口,在底部的凹槽內可以設計一自鎖扣件去接合。

Cont.

Pocket

slide23

由於扣件壓合到頂部附有肋型式的凹槽內,使得通氣孔裝配成為一非自鎖扣件。由於扣件壓合到頂部附有肋型式的凹槽內,使得通氣孔裝配成為一非自鎖扣件。

Cont.

Pocket with Ribs

slide24

非自鎖扣件有

  • 一形成斜面的部
  • 分,可以使其容
  • 易滑動在肋骨上
  • 方的任一方向。

Cont.

  • 自鎖扣件只有些
  • 微末端的一頭為
  • 尖細,使的通氣
  • 孔不能被分離開
  • 裝配。

Non-locking Snap

slide25

Adjustable Vent

Cont.

施加一個額外的力量可以撬動凹槽外的扣件而移動通風口。

slide26

Self-locking Angle

為了能夠成為非自鎖條件,而扣件的傾斜角度必須小於自鎖角度。

其角度取決於材料的摩擦係數:

Cont.

frequently asked questions
FAQ:How can I optimize the size of a snap?Frequently Asked Questions

Cont.

Snap Formulae

Snap Profile

And:The foregoing formulae are for a constant cross-sectional

snap. The axial force necessary to deflect the snap

depends on the coefficient of friction for the material in

addition to the snap's shape.

overview2
Overview

Snap Design

一個好的扣件設計將不會承受負載,所以其扣合力量不會隨時間而減少或因震動的影響而鬆弛。

types
Types

扣件最常見的種類為相同矩形橫斷面的懸臂樑,經由樑的相同高度被改進為錐形,且沿著它的長度有一較好的應力分佈。

Cont.

Tapered Cantilever Beam

slide30

由於樑的撓曲取決於它的長度,例如:L型的懸臂樑其有效長度增加,使其更有彈性且減低張力。由於樑的撓曲取決於它的長度,例如:L型的懸臂樑其有效長度增加,使其更有彈性且減低張力。

Cont.

L-Shaped Snap

slide31

U型懸臂樑和L型懸

  • 臂樑一樣,當有效
  • 增加它的長度時,
  • 具有相同的作用。
  • 當設計一含有凸片
  • 的遮蓋物時,藉著
  • 手指作用能夠使扣
  • 件產生偏斜,而打
  • 開或關閉遮蓋物。

Cont.

U-Shaped Snap

slide32

也可以設計改變一扣件其橫斷面的外型,上述四個連續扣件(錐形、L型、U型和圓柱型)的特色為以一浮凸物取代上鎖的功用。也可以設計改變一扣件其橫斷面的外型,上述四個連續扣件(錐形、L型、U型和圓柱型)的特色為以一浮凸物取代上鎖的功用。

Cont.

Cylindrical Snap

overview3
Overview

Staking

Part to be Staked

Part Staked

打樁法(鉚接)是為了去保持另一個零件,使用超音波震動而改良的浮凸物,經常用來保持一個金屬或塑膠零件。

standard
針對外型為平頭狀的浮凸物,當尖頭的焊

頭接觸時,能夠將浮凸物溶化成另一形狀。

Standard

Cont.

Standard Profile

slide35
當圓蓋的焊頭作用在尖銳的浮凸物表面,

可以使之溶化而固定成型。

Dome

Cont.

Dome Profile

knurled
凸邊(壓紋)的外型並不像上述標準和半圓形

型式一樣需要準確的結合。

Knurled

Cont.

Knurled Staking of Two

Plastic Parts

Knurled Profile

flush
Flush

Flush Profile

Cont.

埋入表面為在相配的零件裡,藉著使用一鑽埋頭孔或埋頭孔,將浮凸物埋入表面裡。

overview4
Overview

當選擇一扣接法時,第一要件必須考慮哪一方法是否能夠被拆卸,需要多久時間, 針對每個方法在有效的空間和工具修整的花費或次要操作上作評估。

Fasteners

formed threads
Formed Threads

為避免有埋入件裝置,在塑膠零件上對於不經常拆卸的螺紋外型為筆直的。

Cont.

slide41

成型螺紋之設計

  • <1>螺牙不得延長至成型
  • 品的末端,因不利於
  • 模具強度及螺紋壽命
  • (端面易崩垂) ,所以
  • 至少要設0.8mm的平
  • 坦部分。
  • <2>節距必須至少要
  • 0.9mm(28 threads/in)。
  • <3>為了使壓力減到最小,
  • 螺紋牙底必須為半徑
  • (0.13-0.25mm or
  • 0.005-0.010 in) 。

Cont.

Thread Guidelines

self tapping screws
Self-Tapping Screws
  • 自攻螺釘之前端部分設有切刃,將之對準成
  • 型品上設置的下孔,並以螺絲起子扭轉前進,
  • 於下孔內攻製螺紋,而將配件加以固定。
  • 其有兩種類型:成型螺紋式(Thread-forming
  • screw)和切削螺紋式(Thread-cutting screw)

Cont.

Thread-forming screw

Thread-cutting screw(有切溝)

slide43

D

2.0至2.4D

D

d

  • 浮凸物之內徑(d)應小於
  • 螺釘螺紋之直徑。
  • 浮凸物之外徑應為螺釘
  • 直徑(D)之2到2.5倍。
  • 不管浮凸物是全穿孔或
  • 半穿孔,都會在安裝時
  • 造成充分的熔流,所以
  • 半穿孔底下之厚度應該
  • 與壁後相等。

Cont.

浮凸物上,設計自攻螺釘之規格

machine screws
Machine Screws

Flush Installation

Cont.

機器螺釘是另一種可供選擇的,特別是裝配一塑膠零件於金屬零件中,須考慮到壓力問題,儘可能最好避免鑽孔裝埋部分。

slide45

Shoulder Screw or Washer

Cont.

平頭螺釘在裝置時必須考慮到扭矩的應用,因為在塑膠製品裡可能造成顯著的壓力,可考慮使用有肩螺釘或有肩墊圈來防止塑膠製品的壓縮。

slide46

Cont.

Jack Nut

起重螺帽可以輕易地作為螺旋帽的裝置。

push on fasteners
Push-on Fasteners

推動扣件可利用於輕的零件上,一般也使用在面板或是其他美學零件上。

Cont.

Push-On Fastener

rivets
Rivets

利用鉚釘組合零件為一種有效且低成本的方法,一般可分為下列幾種類型:

Cont.

常見之鉚釘型式

inserts
Inserts(埋入件)
  • 針對經常裝配和拆卸的零件,金屬埋入件是
  • 最理想的。
  • 用於塑膠品的金屬埋入件,通常用以承擔產
  • 品被磨損、撕裂的力量或用以與電器相連及
  • 裝飾用。

Cont.

slide50
減少成型品之摩擦和破裂,以增加成型品之機械強度。減少成型品之摩擦和破裂,以增加成型品之機械強度。

可作為傳導電流之媒體。

裝飾成型品與增進成型品之組合。

可作為螺紋成型之預置心型。

埋入件之功用

Cont.

ultrasonic inserts
Ultrasonic Inserts

當埋入物在壓進成型品的孔洞之際,由於承受高周波振動傳來之高速振動,產生足以溶化塑膠材料之高熱,因而使埋入物與成型品之間固定。

Cont.

Ultrasonic Insert(超音波埋植)

thermal inserts
Thermal Inserts

熱埋植非常相似於超音波埋植,由於熱是被使用在溶化塑料,且比超音波埋植便宜,有低的殘留應力存在,缺點是嵌入時間分常慢。

Cont.

molded in inserts
Molded-in Inserts

Cont.

Molded-in Insert (嵌入模內埋植)

嵌入模內埋植是直接被放置到模子裡,如放置錯誤時,可能造成損壞,增加零件的成型週期並且造成高殘留應力。

slide54
通常模製嵌入物時須考慮以下幾個因素:

<1>插入物須能提供所需要的機械強度。

<2>在所有的塑料中,塑模的嵌入物須不具撓性。

<3>固定的壁厚必須圍繞崁入物之四周,以防止塑料

冷卻時發生裂化。

<4>當插入物嵌入塑料中,可能需要再修飾、二次加

工等耗費金錢的步驟。

Cont.

expansion inserts
Expansion Inserts

由一個具有內螺紋的套筒,插入成型品之預先設置的下孔內,如此埋入件下部的錐拔部分,因受到擠壓產生擴張作用,而使該配件被固定在成型品內。

Cont.

Expansion Insert(膨脹埋植)

self threading inserts
Self-Threading Inserts

自攻螺釘埋植也相似於攻絲螺釘,當它埋入切割螺紋時,依賴相互間的摩擦去保持,和攻絲螺釘一樣適合於易碎材料使用。

Cont.

Self-Threading Insert

overview5
Overview

結合塑膠零件是相當常見的,而且可以使用溶劑或是黏著劑,兩者都有共通的接合點型式。

Bonding

Bonding Joints

solvent
溶劑接著法是用來連接同性質之非結晶塑膠,其方法為溶劑對兩接合面先行侵蝕熔解,在將兩接合面壓緊直到溶劑蒸發後,便完成黏接。溶劑接著法是用來連接同性質之非結晶塑膠,其方法為溶劑對兩接合面先行侵蝕熔解,在將兩接合面壓緊直到溶劑蒸發後,便完成黏接。Solvent

Cont.

adhesive
黏著劑是用來黏貼接合物表面的一種物質,依接著性質不同之樹脂、塑膠-金屬、木材等時,各有適當之接著劑如下:黏著劑是用來黏貼接合物表面的一種物質,依接著性質不同之樹脂、塑膠-金屬、木材等時,各有適當之接著劑如下:

<1>橡膠系接著劑

<2>環氧系接著劑

<3>其他型之接著劑

Adhesive

Cont.

slide60
常用於接著極性低之塑膠、金屬、橡膠、木材等,最適合於苯乙烯系樹脂之黏接。常用於接著極性低之塑膠、金屬、橡膠、木材等,最適合於苯乙烯系樹脂之黏接。

當使用橡膠系接著劑時,必須先將接著劑塗附於接著面上,放置一固定時間後再予以貼合黏接之。

橡膠系接著劑

Cont.

slide61
主要用於接著各種熱硬化性樹脂或接著塑膠-金屬、玻璃、木材等,在性質上適於黏合硬質而厚肉之材料。主要用於接著各種熱硬化性樹脂或接著塑膠-金屬、玻璃、木材等,在性質上適於黏合硬質而厚肉之材料。

一般分為主劑和硬化劑,使用時必須先將兩劑混合後放置,短時間內必須馬上黏接,而且硬化時間過長為其缺點。

環氧系接著劑

Cont.

slide62
如PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PTFE(聚四氟乙烯)等樹脂,由於化學安定性優,並不容易直接接著,如果在其表面予以氧化處理時,則可稍微提高其黏結力。如PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PTFE(聚四氟乙烯)等樹脂,由於化學安定性優,並不容易直接接著,如果在其表面予以氧化處理時,則可稍微提高其黏結力。其他型之接著劑

Cont.

slide63
焊接組合可分為熔接(welding)與縫接(sealing)兩種。焊接組合可分為熔接(welding)與縫接(sealing)兩種。

熔接為斷面較厚塑件之焊接,而縫接是為塑膠膜與片之縫合。

焊接組裝

Cont.

slide64

(a)單V形對接

(b)雙V形對接

(c)轉角焊接

(d)轉角焊接

(e)搭疊焊接

(f)填角焊接

  • 焊接接頭之型式依焊接物搭接之方式而定,
  • 常用之型式為以下六種:

Cont.

焊接塑膠之接頭方式

overview6
利用超音波振動在欲焊接之塑件上產生高熱,進而達到塑料流動變形,熔化連接兩塑膠零件。使用之音波頻率至少有2萬週/秒。利用超音波振動在欲焊接之塑件上產生高熱,進而達到塑料流動變形,熔化連接兩塑膠零件。使用之音波頻率至少有2萬週/秒。Overview

Ultrasonic Welding

energy director joints
三角形突出物之能量導塊(energy director),須能夠產生足夠之熱能並平均分佈在接合面上而成為連接頭。Energy Director Joints

Cont.

slide67
典型的能量導塊直徑約0.25-0.50mm,高度為70-90的角度。典型的能量導塊直徑約0.25-0.50mm,高度為70-90的角度。

針對較小尺寸的材料容易去焊接,然而較大尺寸則困難,例如:結晶性聚合物。

Cont.

Butt Joint With Energy Director

slide68
對接有時會留下不容易注意到的毛邊,環繞在兩零件的分界面,可以使用搭接方式去避免毛邊和陰影線,也適合於表面組裝。對接有時會留下不容易注意到的毛邊,環繞在兩零件的分界面,可以使用搭接方式去避免毛邊和陰影線,也適合於表面組裝。

Cont.

Step Joint

slide69
如果陰影線被要求在兩側邊的分界面上,可以使用企口接合。如果陰影線被要求在兩側邊的分界面上,可以使用企口接合。

缺點為在兩零件間必須有空隙去接合,由於焊接區域減少,接合點沒有像對接一樣堅固。

Cont.

Tongue and Groove Joint

interference joints
能量導塊對於一些材料可能不起作用,最好的選擇為使用一干涉接合,經由兩零件之干涉,提供材料和一個焊接區域。能量導塊對於一些材料可能不起作用,最好的選擇為使用一干涉接合,經由兩零件之干涉,提供材料和一個焊接區域。Interference Joints

Cont.

slide71
干涉接合常見的型式為剪切接合,此接合點

非常堅固也提供密封的絕緣裝置。

Cont.

Shear Joint

slide72
典型的干涉接合有極小的0.5mm導入線,而干涉的總數是取決於零件的尺寸。典型的干涉接合有極小的0.5mm導入線,而干涉的總數是取決於零件的尺寸。

Interference

Cont.

slide73
干涉接合也可以被設計在其他方法之中,例如:企口剪切接合。干涉接合也可以被設計在其他方法之中,例如:企口剪切接合。

Cont.

Tongue and Groove Shear Joint

slide74
結晶性聚合物為困難焊接的代表性,因為

結晶材料無法快速從固體變為熔融狀態,反

之亦然,例如:在結晶性聚合物之中,乙縮

醛和尼龍是最輕易去焊接的。

Tips

Cont.

slide75
毛邊收集器是為了去排

除毛邊的出現,設計一

個額外的空間進入到干

涉接合裡。

Cont.

Flash Trap

overview7
儘管超音波焊接廣泛低被使用,然而也有數種

焊接方法提供最有利的條件可供選擇。

Overview

Other Welding Techniques

Vibration Weld Joint

slide77
經由焊接裝備相配的表面必須是平行的,典型的接合點是可以產生毛邊的對接,為了減少或排除毛邊,也可以把毛邊收集器合併到接合點設計內。經由焊接裝備相配的表面必須是平行的,典型的接合點是可以產生毛邊的對接,為了減少或排除毛邊,也可以把毛邊收集器合併到接合點設計內。

Cont.

Flash Traps

vibration welding
震動焊接相似於超音波焊接,藉由兩零件之間的摩擦產生熱量,熔化表面並且保持輕微的壓力一直到凝固為止。震動焊接相似於超音波焊接,藉由兩零件之間的摩擦產生熱量,熔化表面並且保持輕微的壓力一直到凝固為止。Vibration Welding

Cont.

spin welding
此一塑件在旋轉後與另一塑件磨擦產生熱量,稍加壓力後,使得接頭處熔化而連接成一體,最適於中空圓狀或實體塑膠棒之對頭焊接。此一塑件在旋轉後與另一塑件磨擦產生熱量,稍加壓力後,使得接頭處熔化而連接成一體,最適於中空圓狀或實體塑膠棒之對頭焊接。Spin Welding

Cont.

Spin Welding

slide80
常見使用的接合方法有:對接、企口接合、剪切、斜接等等,其中對接強度為最弱的。常見使用的接合方法有:對接、企口接合、剪切、斜接等等,其中對接強度為最弱的。

Cont.

Spin Weld Joints

induction or electromagnetic welding
感應焊接為使用一高週波電磁棒產生感應能量作為焊接,此技術比其他焊接方法更複雜並且有明顯的優缺點限制。感應焊接為使用一高週波電磁棒產生感應能量作為焊接,此技術比其他焊接方法更複雜並且有明顯的優缺點限制。Induction or Electromagnetic Welding

Cont.

slide82
不利的缺點為需要第三個零件而增加生產成本,一襯墊或預成型包含強磁性粒子皆以相同材料製成而被接合。不利的缺點為需要第三個零件而增加生產成本,一襯墊或預成型包含強磁性粒子皆以相同材料製成而被接合。

另外金屬零件,特別是埋入件不必接近電磁棒,並且裝備的費用也很高。

Cont.

Induction Weld Joints

hot plate or hot platen welding
加熱板焊接包含加熱兩相配零件的表面,為了熔化材料可以放置一加熱板,介於兩零件之間而達到目的。加熱板焊接包含加熱兩相配零件的表面,為了熔化材料可以放置一加熱板,介於兩零件之間而達到目的。Hot Plate or Hot Platen Welding

Cont.

Hot Plate Joint

slide84
在焊接完全後氣泡能夠被分離,亦可以設計一

對接變化去防止顯而易見的氣泡組成。

Cont.

Butt Joint Variation

spot welding
超音波焊頭能被使用於將兩個零件點焊在一起,焊頭的圓錐形尖端被押入第一個零件,而部分穿過第二個零件。超音波焊頭能被使用於將兩個零件點焊在一起,焊頭的圓錐形尖端被押入第一個零件,而部分穿過第二個零件。Spot Welding

Cont.

Spot Welding

slide86
用於熱塑性塑膠薄膜之接合,常應用在包裝工業上,其縫合型式有四種:用於熱塑性塑膠薄膜之接合,常應用在包裝工業上,其縫合型式有四種:

(a)重疊縫合

(b)彎疊縫合

(c)階梯式縫合

(d)易撕式縫合

熱縫法

Sealing

熱縫合之典型方法

summary
接合法一般可分為壓緊法(Press-fits) 、迫緊法(Snap-fits)及打樁法(Staking)。

扣接法可分為具有螺紋之螺絲(Screw)、螺絲加螺帽(Nut)、鉚接(Riviting)等。

焊接組合可分為熔接(Welding)與縫接(Sealing)兩種。

Summary

Cont.