1. Plastic Part Assemblies
1. Introduction 6. Staking
2. Plastic Part Assemblies 7. Fasteners
3. Press Fits 8. Bonding
4. Snaps Fits 9. Ultrasonic Welding
5. Snap Design 10. Other Welding
Techniques
1

2. After completing this unit,
you will be able to...
Introduction
• 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.
2

3. Plastic Part Assemblies
Overview
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。
3

4. 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
4

5. 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。
5

6. 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
Cont.
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。
Reveal Line
6

7. 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
Cont.
(gap)，被稱為顯示線。
Reveal Line
7

8. 組裝零件的方法
• 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
Cont.
<4>焊接組裝
8

9. 各種材料其組裝法好壞
之比較
材料 機械組裝 溶劑組裝 黏著劑組裝 焊接技術
PC 好 好 好 好
ABS 好 好 好 最好
POM 最好 不好 不好 可
壓克力 好 好 好 好
Cont.
Nylon 好 不好 好 可
PP 不好 不好 好 可
PS 可 好 好 最好
Polysul fone 好 好 好 好
SAN 好 好 好 最好
9

10. 機械組裝
‧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
Cont.
及硬而脆的材料皆不適宜用扣接法。
10

11. ‧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.
11

12. • 壓緊法是最簡單的
接合方法，不僅快
Press Fits
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。
12

13. 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
Cont.
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。
Barbed Pin Knurled Pin
13

14. Alternative Designs
一般平直的栓仍
被使用，也可以
設計加上補強肋
Cont.
於中空的浮凸物
防止它變形。
Boss with Ribs
14

15. ‧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
Cont.
及應力鬆弛。
15

16. 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
Cont.
和潛變率(rate of creep)等因素。
16

17. Overview
• 迫緊法是為一
Snaps Fits
簡單，快速及
具高效性的方
法，能應用於
任何材料之連
接。
Snaps
17

18. Self-locking Snaps
在風扇裝配的頂
部與底部之中有
一扣件，其功能
Cont.
把零件相互鎖在
一起。
Fan Assembly
18

19. 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
19

20. 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
Cont.
的偏斜轉向，直到被
咬合為止。
Snap Actuating During Assembly
20

21. 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
Cont.
件
保持在一起，
不
容易去分離開。
Alignment Rib and Pocket
21

22. Non-locking Snaps
在風扇裝配中，
兩個成對可調整
的通風口，在底
Cont.
部的凹槽內可以
設計一自鎖扣件
去接合。
Pocket
22

23. 由於扣件壓合到
頂部附有肋型式
的凹槽內，使得
Cont.
通氣孔裝配成為
一非自鎖扣件。
Pocket with Ribs
23

24. • 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
24

25. 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。
25

26. Self-locking Angle
為了能夠成為非自鎖條件，而扣件的傾斜
Cont.
角度必須小於自鎖角度。
其角度取決於材料的摩擦係數:
26

27. Cont. Frequently Asked Questions
Snap Formulae Snap Profile
FAQ:How can I optimize the size of a snap?
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
27 addition to the snap's shape.

28. Snap Design Overview
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。
28

29. 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，
Cont.
且沿著它的長度
有一較好的應力
分佈。
Tapered Cantilever Beam
29

30. 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
Cont.
增加，使其更有彈性
且減低張力。
L-Shaped Snap
30

31. • 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
Cont.
片
的遮蓋物時，藉著
手指作用能夠使扣
件產生偏斜，而打 U-Shaped Snap
開或關閉遮蓋物。
31

32. 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
Cont.
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。
Cylindrical Snap
32

33. Staking Overview
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
33 來保持一個金屬或塑膠零件。

34. Cont. Standard
Standard Profile
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。
34

35. Cont. Dome
Dome Profile
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。
35

36. Cont. Knurled
Knurled Staking of Two Knurled Profile
Plastic Parts
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。
36

37. Cont. Flush
Flush Profile
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。
37

38. Cont. Swaging
Swaging
型模鍛非常相似於鉚接，除了部分的側邊為保
持相配的零件之外。
38

39. Overview
當選擇一扣接法時，
第一要件必須考慮哪
Fasteners
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。
39

40. 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.
40

41. • 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
Cont.
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
Thread Guidelines
0.005-0.010 in) 。
41

42. 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
Cont.
screw)和切削螺紋式(Thread-cutting screw)
Thread-forming screw Thread-cutting screw(有切溝)
42

43. • 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
D
2.0至2.4D
直徑(D)之2到2.5倍。
D • 不管浮凸物是全穿孔或
半穿孔，都會在安裝時
Cont.
d
造成充分的熔流，所以
半穿孔底下之厚度應該
與壁後相等。
浮凸物上，設計自攻螺釘之規格
43

44. 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。
44

45. 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。
45

46. Cont.
Jack Nut
起重螺帽可以輕易地作為螺旋帽的裝置。
46

47. 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
Cont.
零件上。
Push-On Fastener
47

48. 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
48

49. 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.
49

50. 埋入件之功用
• 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。
Cont.
50

51. 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
Cont.
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。
Ultrasonic Insert(超音波埋植)
51

52. 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.
52

53. Cont. Molded-in Inserts
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。
53

54. • 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
Cont.
工等耗費金錢的步驟。
54

55. 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
Cont.
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。
Expansion Insert(膨脹埋植)
55

56. 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
Cont.
螺釘一樣適合於易碎材
料使用。
Self-Threading Insert
56

57. Overview
結合塑膠零件是
相當常見的，而
且可以使用溶劑
Bonding
或是黏著劑，兩
者都有共通的接
合點型式。
Bonding Joints
57

58. 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。
Cont.
58

59. 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:
<1>橡膠系接著劑
<2>環氧系接著劑
Cont.
<3>其他型之接著劑
59

60. 橡膠系接著劑
‧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
Cont.
以貼合黏接之。
60

61. 環氧系接著劑
‧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，
Cont.
而且硬化時間過長為其缺點。
61

62. 其他型之接著劑
• 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。
Cont.
62

63. 焊接組裝
‧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。
Cont.
63

64. ‧ 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:
(a)單V形對接 (b)雙V形對接 (c)轉角焊接
Cont.
(d)轉角焊接 (e)搭疊焊接 (f)填角焊接
焊接塑膠之接頭方式
64

65. Ultrasonic Welding Overview
‧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／
65
秒。

66. 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。
Cont.
66

67. • 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
Cont.
較大尺寸則困難，例
如:結晶性聚合物。
Butt Joint With Energy Director
67

68. • 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
Cont.
和陰影線，也適合
於表面組裝。
Step Joint
68

69. • 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，
Cont.
由於焊接區域減少，
接合點沒有像對接
一樣堅固。
Tongue and Groove Joint
69

70. 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。
Cont.
70

71. Cont.
Shear Joint
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。
71

72. Interference
Cont.
• 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。
72

73. • 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
73

74. Tips
• 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。
Cont.
74

75. • 毛邊收集器是為了去排
除毛邊的出現，設計
一
Cont.
個額外的空間進入到
干
涉接合裡。
Flash Trap
75

76. Other Welding Techniques
Overview
Vibration Weld Joint
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。
76

77. Cont.
Flash Traps
• 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。
77

78. 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。
Cont.
78

79. 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，
Cont.
最適於中空圓狀或
實體塑膠棒之對頭
焊接。
Spin Welding
79

80. Cont.
Spin Weld Joints
• 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。
80

81. 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。
Cont.
81

82. • 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。
Cont.
• 另外金屬零件，特
別是埋入件不必接
近電磁棒，並且裝
Induction Weld Joints 備的費用也很高。
82

83. 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，
Cont.
介於兩零件之間而
達到目的。
Hot Plate Joint
83

84. Cont.
Butt Joint Variation
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。
84

85. 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
Cont.
零件，而部分穿
過第二個零件。
Spot Welding
85

86. 熱縫法
• 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:
Sealing
(a)重疊縫合 (b)彎疊縫合
(c)階梯式縫合 (d)易撕式縫合
熱縫合之典型方法
86

87. 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。
Cont.
‧焊接組合可分為熔接(Welding)與縫接(Sealing)
兩種。
87