螺丝的选择

在產品組裝設計時,一個比較重要的環節就是組件與組件之間的聯接. 通常的聯接方式有:銷聯接,過盈聯接,螺紋聯接等.一般常用的最普通的方式就是螺紋聯接.由于本公司大部分零件為塑膠件和五金件.如何正確選擇螺絲成為設計螺紋聯接的關鍵.下面分四個方面來講解如何選擇和使用螺絲. 1. 螺絲的種類和應用

- 1.1. 材料及表面處理 (Material & Surface Finishing) - 1.2. 螺紋/螺絲咀 (Thread & Point Type) - 1.3. 螺絲頭 (Head Type) - 1.4. 槽位 (Slot Type)

2. 螺絲的描述方法

- 2.1. 機牙螺絲的描述方法 - 2.2. 自攻螺絲的描述方法

3. 螺絲長度的測量方法及長度標準

- 3.1. 螺絲長度測量方法

4. 螺絲柱及螺絲孔的設計

- 4.1. 建議塑膠料螺絲柱的設計 - 4.2. 金屬料螺絲孔的設計

5.附錄

- 5.1. 附錄1 - 機牙螺絲標準參考表

- 5.2. 附錄2 - Taptite三角螺絲螺絲孔直徑參考表 - 5.3. 附錄3 - 機牙螺絲鑽孔直徑參考表

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螺絲的選擇

SIMATELEX ENGINEERING DEPARTMENT DESIGN GUIDE-LINE 1. 螺絲的種類

螺絲可用以下之方法分類:

- 螺絲的材料/表面處理 (Material/ Surface Finishing) - 螺絲的螺紋 (Thread & Point Types) - 螺絲頭的形狀 (Head Types) - 螺絲槽的槽位形狀 (Slot Types)

1.1 螺絲的材料/表面處理 (Material/ Surface Finishing) 根據螺絲的材料可分為: a) 碳鋼螺絲 b) 不鏽鋼螺絲 c)銅螺絲

1.1.1. 碳鋼螺絲 (Carbon Steel Screw)

碳鋼螺絲是常用型的螺絲. 其價廉, 廣泛用於要求不高及承受扭力一般的埸合, 如機體內部結構連接等地方. 碳鋼螺絲還可以加硬, 以用於要求承受扭力大的場合, 如與金屬(鑄鋁件或鐵片)配合處. 碳鋼螺絲為了改善其性能及增強其特性, 防止生鏽及滿足其他一些特殊要求,均會采取表面處理方式如發黑,鍍鎳,鍍鉻,鍍鋅,鍍銅,加硬等.

1.1.1.a. 表面處理 (Surface Finishing)

i) 發黑螺絲 (Black Oxide, 學名發蘭)外觀呈黑色, 一般用化學或電化學方法制作.目前生產中采用鹼性化學氧化法, 提高其耐蝕性. 因外層氧化膜主要成份為Fe3O4.因此只能在一般情況或油性介質中使用. 在本公司產品中發黑螺絲使用較少, 主要是考慮外觀的影響,才采用發黑處理的螺絲.

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SIMATELEX ENGINEERING DEPARTMENT DESIGN GUIDE-LINE ii) 鍍鎳螺絲 (Nickel Plated) 外觀呈銀白色, 具有磁性,在常溫下對水和空氣都穩定;易溶于稀酸;與強鹼不發生作用,並有良好的裝飾效果. 在本公司產品中, 因其外觀, 及耐腐蝕性和生產成本低而大量取用鍍鎳螺絲, 如一般盒身之間連接使用的螺絲.

iii) 鍍鉻螺絲 (Chromium Plated) 外觀呈帶藍銀白色, 在空氣中具有強烈的鈍化能力,能長久保持光澤.鍍鉻層有很高的硬度和優良的耐磨性,但成本相對鍍鎳螺絲較高, 适合用於對螺絲有外觀或硬度要求的地方.

iv) 鍍鋅螺絲 (Zinc Plated) 外觀因鈍化液的不同而呈不同的顏色,鍍層硬度低,在空氣中或汽油或含CO2的潮濕水汽中也有很好的防鏽能力.但易溶于酸又溶于鹼,且鍍層硬度低對人體有害,不宜在食品容器中使用.一般用于電子原件的固定等,如 PCB板上大多使用鍍鋅螺絲.

v) 加硬螺絲 (Harden) 當螺絲須攻入堅硬之物料或須承受較大之拉力或扭力時, 便須選擇加硬之螺絲以防止螺絲斷裂. 注意螺絲之硬度必須高于工件物料硬度否則螺絲攻入工件時會磨損.

1.1.2. 不鏽鋼螺絲 (Stainless Steel Screw)

不鏽鋼螺絲 主要是用在特殊環境中,如抗酸,抗鹼的環境中防止生鏽. 相比碳鋼螺絲, 不鏽鋼螺絲成本較高. 本公司比較多采用不鏽鋼螺絲於容易接觸水或接觸蒸汽部分.本公司常用之不銹鋼螺絲主要為3系(SUS304/ SUS305等) 及4系(SUS410/ SUS430)不銹鋼料, 其中3系有較優良之防銹能力(如SUS

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SIMATELEX ENGINEERING DEPARTMENT DESIGN GUIDE-LINE 304). 但由于不能導磁, 生產時不能被批咀磁力吸住, 生產上會增加一定困難. 如防銹要求允許的話, 應盡量考慮使用4系不銹鋼螺絲.

1.1.3. 銅螺絲 (Copper Screw)

銅螺絲是特殊用途的螺絲, 較少采用, 銅螺絲有較好的抗酸,抗鹼性能, 但其承受的扭力較小. 所以只是用于一些特殊要求的埸合. 如電子類部件連接.

1.2 螺紋/螺絲咀 (Thread and Point Type)

螺絲按螺紋可分為機牙螺紋螺絲(Machine Screw) 和 自攻螺紋螺絲(Self-Tapping Screw).

1.2.1. 機牙螺絲 (Machine Screw)

機牙螺絲用途廣泛, 絕大部分金屬件,如不鏽鋼,銅件等一般采用機牙螺絲. 機牙螺絲經過多次裝拆,內牙仍可保持; 但由於工件需要攻牙, 所以相對自攻螺絲成本較高. 而在某些安全規格下如(IEC-335-1), 帶電部分若用螺絲作連接時, 通常須使用機牙螺絲.

機牙螺絲紋尺寸金屬標準模式常用有公制 (Metric), 英制, 美制三種. 詳細尺寸,種類及描述, 可參考螺絲catalog,機械手冊或附錄1 - 機牙螺絲標準參考表.

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SIMATELEX ENGINEERING DEPARTMENT DESIGN GUIDE-LINE 以下為常用之機牙螺紋牙型標準:

1.2.2. 自攻螺絲 (Self-Tapping Screw)

大部分膠件一般都采用自攻螺絲來聯接,這樣無須攻絲就可直接聯接,減少工時,既經濟又方便,但相對扭力較小, 且不能多次裝拆, 容易引起滑牙. 部分金屬如鋁,既可采用機牙螺紋也可用自攻螺紋螺絲.

自攻螺絲可分為輾軋螺絲(Thread Forming Screw)和自削螺絲(Thread Cutting Screw)兩種. 輾軋螺絲攻牙時是把物料接觸面壓擠成螺絲紋,而自削螺絲是將物料表面削成螺絲紋.

1.2.2.a 輾軋螺絲 (Tread-Forming Screw)

輾軋螺絲由於不須加工切削頭, 因此一般較自削螺絲便宜. 輾軋螺絲一般適合用於連接五金鐵片及壓鑄物料上. 而用於塑料時, 由於擠壓成螺絲紋時會造成螺絲柱有較大之環向應力, 故如使用於塑料上,一般只適合用於彎曲模量(Flexural Modulus) 少于1,380 Mpa (200,000 psi) 之塑料, 如PP和尼龍等.

而一些特別設計之螺絲如HI-LO 和 高牙螺絲等因螺絲牙紋於設計上可減低環向應力, 因此建議使用於彎曲模量較大至2758 MPa (400,000 psi) 如 PC , ABS 和Glass Filled Nylon 等之塑料.

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SIMATELEX ENGINEERING DEPARTMENT DESIGN GUIDE-LINE 下列為本公司常用之輾軋螺絲及其應用: 圖形 種類 Type A (ASA-A) Type B (ASA-B) Type BA (ASA-AB) Type C (ASA-C) 高牙螺絲 應用 螺絲的尖頭使螺絲更易嵌入工件, 適合用於連接0.015\"至0.050\" 厚的金屬片及PP和尼龍等彎曲模量較小的塑料. 牙紋較TYPE A密但沒有尖頭 適合用於連接0.050\" 至0.2\" 厚的金屬片及壓鑄片及PP和尼龍等彎曲模量較少的塑料. 牙紋與TYPE B相近而有TYPE A螺絲之尖頭, 用途較TYPE A好, 尤其對於硬的工件. 牙紋與機絲相近, 而頭兩牙較淺以方便攻牙, 適合用於較硬之五金片及壓鑄件之連接用. 齒形角度較一般60°齒為尖(約30°-40°) , 而且牙身較高, 牙距亦較長. 減低了螺絲柱之環向應力, 而較高的牙紋亦加強了螺紋之抗拉出力. 適合用於大型塑料外殼及須承受較大撞擊之位置用. HI-LO輾軋螺絲之一高一低之30°牙紋設計, 減低了螺絲柱之環向應力, 而較高的牙紋亦加強了螺紋之抗拉出力. 適合用於大型塑料外殼及須承受較大撞擊之位置. 三角螺絲之三角柱形設計減低了攻牙時及攻牙后之環向應力, (因此攻牙所須之扭力較TYPE B及TYPE C低 ) 而被攻牙之物料攻牙后之回彈性能進一步鎖緊三角形螺絲柱身, 減低翻松機會.適合用于震動較大之成品. 一般適合用于厚的五金物料及壓鑄件上. 由于三角螺絲不須預先攻牙, 生產效率較機牙螺絲高, 但同時螺絲成本卻相對較貴. 本公司常用之三角絲螺絲為TAPTITE SCREW. 詳細資料可參考有關之CATALOGUE. 螺絲的選擇

Hi-Lo Trilobular Screw 三角螺絲

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SIMATELEX ENGINEERING DEPARTMENT DESIGN GUIDE-LINE 1.2.2.b 自削螺絲 (Thread Cutting Screw)

自削螺絲由於須加工切削頭,因此一般較輾軋螺絲成本較高.由於用切削頭螺絲攻牙時牙紋是切削離工件, 工件之環向應力相對用輾軋螺絲較少, 但較輾軋螺絲容易引起滑牙, 建議彎曲摸量1380Mpa (200,000psi) 以上之塑料應用此類螺絲.

下列為本公司常用之自削螺絲及其應用:

圖形 種類 應用 Type 23 通常加硬后用於合金或金屬片, 其好(ASA-T) 處是自攻牙, 減少工時, 降低生產成本, 但是螺絲孔是最好做成方形, 以便貯藏金屬切削屑. Type 25 用於較硬的工程塑膠件如: PC, 電木, (ASA-BT) 有GLASS FILLED之物料, 螺絲孔需留有空間, 貯藏切削的塑膠料. 1.3. 螺絲頭 (Screw Head)

以下是我廠常用之螺絲頭及槽位, 不同之螺絲頭及槽位會有不同之用途及好處與壞處, 選擇時要特別留意. 圖形 種類 應用 Hexagon 適用于需較大扭力的五金件中. 六角頭 Hexagon 用途與六角頭相同並可提供更大壓力面. Washer 六角介子頭 Pan 最常用在塑膠零件中, 螺絲頭直徑細底部較平, 比較適用於塑膠件; 扁頭

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SIMATELEX ENGINEERING DEPARTMENT DESIGN GUIDE-LINE Truss 扁圓頭 Flat 平頭 螺絲頭底部平面較大, 適合用於需要較大壓力面積設計中; 多用於薄片而需要上螺絲之工件. 因螺絲頭底部斜面, 可占用較少空間, 注意:由於其底部斜面, 當螺絲上緊后, 會產生很大應力, 所以並不適合用於塑膠件. 用途與平頭相同, 弧面可增加成品美感. 通常用在外觀物件,當設計上不能將螺絲頭隱藏起來時, 而又希望物體美觀,則選擇此類螺絲比較适合. Oval 皇冠頭 Round 圓頭 1.4 螺絲槽種類 (Slot Type) 圖形 種類 Phillips 十字槽螺絲 應用 一般最常用之螺絲頭的槽位, 除有特別原因或要求外, 基本上都采用十字螺絲槽, 其價格較便宜及裝配方便, 在本公司之許多產品上較常用; 適用于需較大扭力的五金件設計中 特殊用之螺絲頭的槽位,多用於咖啡機鐵片底及玻璃瓶連接部位等, 其作用是一般使用者不能用普通工具打開, 防止對用戶造成危險或損壞機身內部結構. 由于星形槽及菊花槽之槽位設計令批咀不易滑出, 故生產時可提高批頭速度, 增加生產效率. Hex 外六角邊形 ‘LR’ TSB-OP 菊花槽 Torx Slotted 星形槽 H-Slotted H 頭 2. 螺絲的描述方法 2.1 機牙螺絲的描述方法

機牙螺絲的描述方法可分為公制和英/美制.

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SIMATELEX ENGINEERING DEPARTMENT DESIGN GUIDE-LINE 2.1.1公制機牙螺絲的描述方法

M3 X 0.5 x 4 *P/H H-SLOTTED MACHINE TYPE NI-PTD

材料及特殊處 . 螺絲牙型理 ** 螺絲槽型 螺絲頭型

螺絲長度 (mm) 牙距 (mm)

螺絲外徑 (M3=3mm)

Remarks: * P/H = Pan Head

R/H = Round Head

F/H or K/H = Flat Head (Countersunk) O/H = Oval Head

T/H =

Truss Head

** 螺絲槽型, 如PHILLIPS可不填寫

2.1.2 美制/英制機牙螺絲的描述方法

#6 - 32 UNC x 7/8 *T/H H-SLOTTED MACHINE TYPE 18-8 SS

材料及特殊處理 螺絲牙型 ** 螺絲槽型 螺絲頭型

螺絲長度 (inch) 牙型(標準)

牙數 (1寸內有多少牙) 螺絲外徑代號 (須查表)

2.2 自攻螺絲的描述方法

自攻螺絲的描述方法也可分為公制和英/美制:

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SIMATELEX ENGINEERING DEPARTMENT DESIGN GUIDE-LINE 2.2.1公制自攻螺絲的描述方法

M2 x 10 *P/H H-SLOTTED BT-TYPE NI-PTD

材料及特殊處理 螺絲牙型 ** 螺絲槽型 螺絲頭型 螺絲長度 (mm) 螺絲外徑 (M2=2mm)

2.2.2 美制/英制自攻螺絲的描述方法

#6 - 20 X 1/4\" *P/H H-SLOTTED A- TYPE NI-PTD

材料及特殊處理 螺絲牙型 ** 螺絲槽型 螺絲頭型

螺絲長度 (inch) 牙數 (1寸內有多少牙) 螺絲外徑代號 (須查表)

3. 螺絲長度的測量方法及長度標準 3.1. 螺絲長度測量方法 螺絲長度的測量方法見下圖: Flat Round Oval Hex Pan Truss

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SIMATELEX ENGINEERING DEPARTMENT DESIGN GUIDE-LINE 4.螺絲柱及螺絲孔的設計 4.1. 建議塑膠料螺絲柱的設計

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螺絲的選擇

SIMATELEX ENGINEERING DEPARTMENT DESIGN GUIDE-LINE D = 螺絲外徑 t = 外觀料厚

DT = 螺絲柱外徑 — 建議為1.8D ~ 2.0D, 外徑太細會引致螺絲柱爆裂, 但太大亦會引致外觀縮水.

DL = 螺絲孔直徑 — 建議為0.8D ~ 0.9D, (電木及其他較脆之物料建議以方孔取代圓孔,留意方孔角位必須至少加R0.2!) 詳細可參考塑膠料螺絲孔直徑參考表.

De = 螺絲引入孔直徑 — 建議為D ~ D + 0.1mm, 0.5mm深 , 用作引入螺絲, 並由於該部份沒有受壓於螺絲牙, 相對應力不大, 能防止螺絲由應力而爆裂.

P = 螺絲貫入深度 — 建議為2D ~ 3D ; 螺絲上進工件后螺絲咀與螺絲孔底須有至少1.0 mm空間作存放碎屑及防止螺絲咀接觸到柱底而產生應力.

H = 螺絲柱高度 — 建議最好為3D以下, 但須跟據實際需要而決定.

1) 螺絲孔底與外觀表面間之料位建議為0.6t厚以減少外觀因螺絲柱引致的縮水現象. 2) 螺絲柱底之圍邊須最少加R0.5mm, 螺絲孔內之圍邊亦須最少加R0.5mm.

3) 螺絲柱外徑出模角度須為0.5° DFT而螺絲孔之出模角度亦最少應為0.25° DFT.

膠料螺絲孔直徑參考表 - M2.6螺絲

Plastic Material ABS Acetal (POM) Nylon 6-6 Nylon 6-6 33% GF PBT GF PET PMMA Polycarbonate (PC) Polypropylene (PP) Polystyrene (PS) PPO (Noryl GFN2) SAN Phenolic AB/ B BT Hole Dia. Min. Eng. Hole Dia. Min. Eng. (mm) (mm) (mm) (mm) 2.3 5 2.2 6 2.3 5 2.2 6 2.2 5 2.2 6 NR NR 2.4 6 NR NR 2.4 6 2.3 5 2.2 6 NR NR 2.3 6 NR NR 2.3 6 2.2 5 2.2 6 2.3 5 2.2 6 NR NR 2.3 6 NR NR 2.3 6 NR NR #2.3 8 Hi-Lo/高牙螺絲 Hole Dia. Min. Eng. (mm) (mm) 2.2 5 2.2 5 2.2 5 2.4 5 2.4 5 2.2 5 2.3 5 2.3 5 2.2 5 2.2 5 2.3 5 2.3 5 NR NR *Remark: Min. Eng. = Minimum Thread Engagement (貫入深度) NR = Not Recommended

# = Suggested Side Length for Square Hole

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SIMATELEX ENGINEERING DEPARTMENT DESIGN GUIDE-LINE 膠料螺絲孔直徑參考表 – M3.0螺絲

Plastic Material ABS Acetal (POM) Nylon 6-6 Nylon 6-6 33% GF PBT GF PET PMMA Polycarbonate (PC) Polypropylene (PP) Polystyrene (PS) PPO (Noryl GFN2) SAN Phenolic AB/ B BT Hole Dia. Min. Eng. Hole Dia. Min. Eng. (mm) (mm) (mm) (mm) 2.7 6 2.6 8 2.7 6 2.6 8 2.6 6 2.6 8 NR NR 2.7 8 NR NR 2.7 8 2.7 6 2.6 8 NR NR 2.7 8 NR NR 2.7 8 2.6 6 2.6 8 2.7 6 2.6 8 NR NR 2.7 8 NR NR 2.7 8 NR NR #2.7 10 Hi-Lo/高牙螺絲 Hole Dia. Min. Eng. (mm) (mm) 2.6 6 2.6 6 2.6 6 2.7 6 2.7 6 2.6 6 2.7 6 2.7 6 2.6 6 2.6 6 2.7 6 2.7 6 NR NR 膠料螺絲孔直徑參考表 – M3.5螺絲

Plastic Material ABS Acetal (POM) Nylon 6-6 Nylon 6-6 33% GF PBT GF PET PMMA Polycarbonate (PC) Polypropylene (PP) Polystyrene (PS) PPO (Noryl GFN2) SAN Phenolic AB/ B BT Hole Dia. Min. Eng. Hole Dia. Min. Eng. (mm) (mm) (mm) (mm) 3.2 7 3.1 9 3.2 7 3.1 9 3.1 7 3.1 9 NR NR 3.2 9 NR NR 3.2 9 3.2 7 3.1 9 NR NR 3.2 9 NR NR 3.2 9 3.1 7 3.1 9 3.2 7 3.1 9 NR NR 3.2 9 NR NR 3.2 9 NR NR #3.2 11 Hi-Lo/高牙螺絲 Hole Dia. Min. Eng. (mm) (mm) 3.1 7 3.1 7 3.1 7 3.2 7 3.2 7 3.1 7 3.2 7 3.2 7 3.1 7 3.1 7 3.2 7 3.2 7 NR NR

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螺絲的選擇

SIMATELEX ENGINEERING DEPARTMENT DESIGN GUIDE-LINE 膠料螺絲孔直徑參考表 – M4.0螺絲

Plastic Material ABS Acetal (POM) Nylon 6-6 Nylon 6-6 33% GF PBT GF PET PMMA Polycarbonate (PC) Polypropylene (PP) Polystyrene (PS) PPO (Noryl GFN2) SAN Phenolic AB/ B Hole Dia. Min. Eng. (mm) (mm) 3.6 8 3.6 8 3.5 8 NR NR NR NR 3.6 8 NR NR NR NR 3.5 8 3.6 8 NR NR NR NR NR NR BT Hole Dia. Min. Eng. (mm) (mm) 3.5 10 3.5 10 3.5 10 3.6 10 3.6 10 3.5 10 3.6 10 3.6 10 3.5 10 3.5 10 3.6 10 3.6 10 #3.6 12 Hi-Lo/高牙螺絲 Hole Dia. Min. Eng. (mm) (mm) 3.5 8 3.5 8 3.5 8 3.6 8 3.6 8 3.5 8 3.6 8 3.6 8 3.5 8 3.5 8 3.6 8 3.6 8 NR NR 4.2 金屬料螺絲孔的設計 4.2.1 自攻螺絲孔的設計

如下工件之料厚比螺絲牙距大時可用如FIG.1 之連接方法.

上工件之螺絲孔直徑可大於螺絲直徑, 螺絲只是貫入下工件, 下工件之螺絲孔直徑可參考下表:

M2.6 螺絲外徑 2.3 螺絲孔直徑(mm)

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M3.0 2.7 M3.5 3.2 M4 3.6 螺絲的選擇

SIMATELEX ENGINEERING DEPARTMENT DESIGN GUIDE-LINE 如下工件之料厚比螺絲牙距細時, 應用如FIG.2 之方法.

將螺絲孔減細或將孔位做豬咀以防翻鬆, 建議之螺絲孔直徑可參考下表: 螺絲直徑 螺絲孔直徑 (mm)

如設計須留意防止翻鬆時, 可使用自攻螺絲用之鎖介子(PLATE NUT) 如FIG.3 . 本公司用於挂柜式開罐機(UNDER CABIENT CAN OPENER) 以防止挂柜螺絲在長期震動下翻鬆.

M2.6 2.1 M3.0 2.5 M3.5 3.0 M4 3.5

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螺絲的選擇

SIMATELEX ENGINEERING DEPARTMENT DESIGN GUIDE-LINE

如設計上許可的話, 可將下工件加工成自攻螺絲用之鎖介子的孔形狀,如FIG.4 以減低生產成本及增加效率

4.2.2. 三角螺絲孔的設計

詳細可參考附錄 2 - 三角螺絲螺絲孔直徑參考表

4.2.3. 機牙螺絲孔的設計

詳細可參考附錄 3 - 機牙螺絲鑽孔直徑參考表 附錄1 - 機牙螺絲標準參考表 – 1

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螺絲的選擇

SIMATELEX ENGINEERING DEPARTMENT DESIGN GUIDE-LINE 附錄1 - 機牙螺絲標準參考表 – 2

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螺絲的選擇

SIMATELEX ENGINEERING DEPARTMENT DESIGN GUIDE-LINE 附錄2 - 三角螺絲螺絲孔直徑參考表 – 1

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螺絲的選擇

SIMATELEX ENGINEERING DEPARTMENT DESIGN GUIDE-LINE 附錄2 - 三角螺絲螺絲孔直徑參考表 – 2

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螺絲的選擇

SIMATELEX ENGINEERING DEPARTMENT DESIGN GUIDE-LINE 附錄2 - 三角螺絲螺絲孔直徑參考表 – 3

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螺絲的選擇

SIMATELEX ENGINEERING DEPARTMENT DESIGN GUIDE-LINE 附錄3 - 機牙螺絲鑽孔直徑參考表

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螺絲的選擇