機械工程 114 年機械製造學考古題

熔融金屬填充砂模鑄造模穴的能力稱為流動性（fluidity），一般是由熔融 金屬特性和鑄造參數所決定，請分別列舉3 種熔融金屬特性和3 種鑄造參 數，說明對於流動性的影響。（30 分）

熔焊接合（Fusion welding）是最古老的接合工藝之一。工業應用常以MIG （Metal inert gas）與TIG（Tungsten inert gas）做區分。請以繪圖條列方 式說明前述兩者主要差異與相同處。（20 分）如果是鋁合金的接合，你 會建議用那一種方式？為什麼？（5 分）

砂模鑄造（Sand casting）是具代表性的傳統鑄造方法，請列舉四種檢視 砂模品質的能力指標，並說明其個別意義。（20 分）

工廠生產產品時會使用統計製程管制（statistical process control, SPC）， 請說明使用SPC 之目的、原理及方法。（15 分） 一項鑄造作業所生產的閥件，其內徑為64.30 mm。該製程處於統計管 制狀態，且內徑的數值呈常態分布，標準差為0.12 mm，今內徑設計 規格為64.20 ± 0.50 mm，（10 分） 請計算製程能力值（process capability）。 若製程平均值為64.30 mm，請計算製程能力指標（process capability index, Cpk）。

在含碳量0.3%的鋼中添加3%以上Mo 會呈現二次硬化（secondary hardening）現象，請問何謂二次硬化？並說明Mo 有助於二次硬化的原因。 （25 分）

請繪圖說明車削加工中三個主要參數：切削深度（depth of cut）、進給 （feed）、主軸轉速（spindle rotational speed），並據以計算材料移除率 （Material Removal Rate, MRR）。（15 分）一根長150 mm、直徑12.5 mm 的304 不鏽鋼棒進行車削，直徑減小至12.0 mm，主軸轉速為400 rpm， 進給0.25 mm/rev、切削深度0.5 mm。計算材料移除率。（10 分）

平輥軋製程（flat-rolling process）施予過大輥軋力會造成輥輪顯著的撓曲 及扁平化，也易使輥輪機柱（roll stand）發生變形，增加輥輪間隙，影響 平板的厚度品質，請列出可以減少輥軋力的四種方法。（20 分）

在熱鍛（hot forging）作業，可使用鍛錘（forging hammer）或螺旋鍛 機（screw press）進行，請分別說明此二鍛機的工作原理與方法。（20 分） 若有一熱鍛件，以鍛錘作業，其能量恰可藉二道次，將高50 mm 的胚 料，最終鍛成高25 mm 的鍛件，已知該工件材料在作業環境下，有強 度係數（strength coefficient）240 MPa 與應變硬化指數（strain hardening exponent）0 等特性，請計算該第一道次所鍛出的中間鍛件高度。（5 分）

板金深引伸（deep drawing）製程可以製造飲料容器、不鏽鋼食物盤等，請 說明常見的4 種深引伸的產品缺陷與發生原因。（25 分）

金屬鑄造製程包含材料熔化、澆鑄與冷卻三步驟。請分別繪製純金屬 （pure metal）和合金（alloy）之凝固冷卻曲線與對應二元相圖（binary phase diagram）。（15 分）及凝固後晶粒組織（grain structure），並且說明 兩者之差異。（10 分）

銲接（welding）作業的成品中，除了可能發生殘留應力和扭曲變形外， 請寫出五種常見的缺陷型態，並詳細說明形成的原因。（30 分）

請說明電化學加工（electrochemical machining）的製程原理、施作方 法與特性。（15 分） 若欲於金屬塊上以電化學加工出直徑20 mm、深100 mm 的孔，已知 在電極工件間饋以直流電壓20 V、電流1,000 A、電極側壁經絕緣處 理、金屬比移除率（specific removal rate）2.7 × 10-2 mm3/A-s，（10 分） 請計算電極的進給速率。 若電解液的電阻係數（resistivity）為4 Ω-cm、電流效率（current efficiency）為0.85，請計算電極工件間的間隙。

金屬切削若發生積屑刃口型切屑（Built-up Edge, BUE），將會影響加工件 的表面精度與刀具壽命，請列舉4 種方法以減少BUE 的形成傾向。（20 分）

固態接合（Solid state welding），指在兩個待接合部件的界面處進行連接， 無需熔合。工業應用範例有超音波焊接（Ultrasonic welding）與摩擦攪拌 焊接（Friction stir welding），請繪圖說明兩種固態接合之差異並各列舉 三個主要製程控制參數。（25 分）

正齒輪（spur gear）是用於兩軸間傳遞運動及動力的機件，請詳細說明 齒輪的輪齒常見切削形式：⑴成形銑削（form milling）、⑵齒輪滾削（gear hobbing）、⑶齒輪刨削（gear shaping）製程與特色。（30 分）

請說明氣體鎢極電弧焊（gas tungsten arc welding）的製程原理與方法， 及電極的極性（polarity）對焊接結果的影響。（15 分） 若在單位熔化能量（unit melting energy）為10 J/mm3 低碳鋼的焊道內 進行氣體鎢極電弧焊接作業，使用電壓20 V、電流150 A、及行進速 度5 mm/s，可得出20 mm2 的焊道橫截面積，假設電弧熱能所注入的 面積係直徑4 mm 的圓形表面，（10 分） 請計算該作業的功率密度（power density）。 若具0.6 的熱傳遞係數（heat transfer factor），請計算該作業的熔化 係數（melting factor）。

試分別說明珠擊（shot peening）及雷射噴擊（laser shot peening）的作法 以及原理。（20 分）