機械製造學考古題｜歷屆國考試題彙整

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）

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）。

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）

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）

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）

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）

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）

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）

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。

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）

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）

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）。

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）

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）

請詳述可應用於普通碳鋼（plain carbon steel）工件的完全退火（full annealing）與正常化（normalizing）等熱處理製程，並比較之。（25 分）

常見高分子工業塑膠材料：壓克力（PMMA）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、 環氧樹酯（Epoxy），請依塑膠材料分類之熱塑性（Thermoplastic）塑膠 和熱固性（Thermoset）塑膠列出各別之分類，並說明為何壓克力（PMMA） 可以用來製作光學鏡片及環氧樹酯（Epoxy）適用於半導體之IC 封裝？ （20 分）

鑄造中鑄件的凝固時間可由Chvorino 法則（Chvorino’s rule）估算。試利 用Chvorino’s rule 證明具有相同體積的鑄件，立方體鑄件凝固的時間比 圓柱形鑄件短，其中圓柱體的高度與直徑相同。（25 分） Chvorino 法則：凝固時間 n C( )  鑄件體積 鑄件表面積 ，其中C 與n 為常數。 本題中假設n = 2。

請詳述用以製造金屬圓管材旋轉穿孔（rotary piercing）的製程原理、方法 與特性。（25 分）

試說明金屬壓鑄法（Die casting）與高分子塑膠射出成形（Injection molding）各別原理或作法，並比較兩種製程之機台運作的差異，如相關 機台作動和機台構造及模具溫度高低等。（20 分）

金屬罐可利用鈑金成形（sheet-metal forming）方式製作。對於三片式 （three-piece）金屬罐，假設其可以視為薄壁的壓力容器（thin-walled, internally-pressurized vessel），則罐體的垂直接縫應該沿輥軋（rolling） 方向，垂直於輥軋方向，還是斜向於金屬板材的輥軋方向？請使用 材料力學中的公式解釋你的答案。（25 分）

請詳述電渣熔接（electroslag welding）的製程方法與特性。（25 分）

試說明雷射銲接（Laser welding）原理或作法，並說明其應用於鈑金件銲 接之方式與限制。（20 分）

在金屬切削加工中： 請說明為何在正交切削（orthogonal cutting）中，切削力隨著切削深度 的增加和斜角（rake angle）的減少而增加？（10 分） 為什麼不總是建議提高切削速度以提高生產效率？（5 分） 高速切削加工中可以不使用切削液嗎？請說明。（10 分）

請詳述超音波檢驗（ultrasonic inspection）的原理、方法與特性。（25 分）

試說明金屬硬幣（Coin）所適用金屬材料（至少兩種）及雙面圖案之相 關製程原理或作法。（20 分）

請說明何謂砂輪的結合度（grade）？一般來說，在輪磨硬化鋼（hardened steels）時，會使用結合度較低（relatively soft grade）的軟砂輪。請說明 原因。（25 分）

如下圖所示，請完成車刀刀角各個位置之名稱（A～F），並說明其主要 功用。（20 分） 車刀各刀角位置

試說明粉末冶金的生產製造方法，並比較金屬粉末冶金和陶瓷粉末冶金 製程之主要差異。（20 分）

試說明鋼鐵滲碳表面硬化處理時，可以控制硬化深度的製程參數。（20 分）

有一公司接受A 客戶的訂單需快速翻製10 個工件，如下圖1 所示，該 工件有大與小共兩個圓孔，並有TWN 的浮凸字。該公司選擇鑄造方式 進行，但A 客戶要求的條件是澆鑄一次需獲得10 個鑄造件，鑄造件的 表面光滑且浮凸字需明顯，材料選用為純鋁。該公司選擇逆向製作蠟模 後再利用鑄造程序生產10 個鑄造件。以上加工程序說明，請問： 該公司選用了那一種鑄造方法可以滿足條件？（5 分） 請說明選用鑄造方法的完整加工程序，包含如何產生兩圓孔與浮凸字 體？（10 分） 請說明澆鑄溫度幾度較為合適？（5 分） （單位：mm） 圖1 掛勾圖

玻璃是日常生活中不可或缺的材料，處理玻璃製造後的殘留應力方法主 要有退火（Annealing）和回火（Tempering）兩種熱處理方法，試分別敘 述兩種方法的操作過程及產生對玻璃的影響。（20分）

磨粒加工（Abrasive machining）常分類為固定磨粒加工（Fixed-abrasive machining）與游離磨粒加工（Free-abrasive machining）製程， 試舉出及說明各一種磨粒加工製程與相關工業產品之應用？（15 分） 試說明游離磨粒加工（Free-abrasive machining）製程為何常以固定壓力 或負荷控制（Fixed-load control）原則來進行加工？有何優缺點？（10 分）

試列舉影響切削加工時，切削刀具壽命的因素。（20 分）

在深引伸（deep drawing）的加工中，為了瞭解材料的可深引伸性（deep drawability），故定義了極限引伸比（Limit Drawing Ratio, LDR）。另外， 鈑金是否能成功的深引伸一個圓形杯狀工件，可依據塑性非等向，又稱 法向非等向性（normal anisotropic），即R 值而定。也由於大多數的鈑金 是輥軋而成，其各方向都具有非等向性，故需做鈑金在不同方向的拉伸 試片求得平均R 值（Ravg）。因此，請說明：（每小題5 分，共20 分） LDR 的定義與公式。 塑性非等向性（R）的定義。 繪圖說明並寫出Ravg 的公式。 說明下圖2 為杯子邊緣發生現象的專有名稱以及其發生的原因。 圖2 深引伸圓杯圖

請嘗試以五個面向（強化效應、缺陷、異向性行為、表面精度及尺寸準確度）， 說明熱加工製程對於加工後產品的影響。（20分）

有關積層製造（Additive manufacturing）如3D 列印（3D printing）， 試說明適用於金屬工業製品之兩種積層製造方法名稱、製程及限制。 （20 分） 試說明適用於整合工具機內加減製程之積層製造方法名稱。（5 分）

試說明相較於機械擠伸機，液靜壓力擠伸（hydrostatic extrusion）機有那些 特色？（20 分）

在擠製加工中，擠製力的估算可以瞭解擠製機的能力是否能完成擠製的 加工程序。而擠製力的公式如下所示： ࡲ= ࡭૙࢑ܔܖ൬ ࡭૙ ࡭ࢌ൰，其中࢑為擠製常數。 廠商擁有一台擠製機能提供最大擠製力為7 MN。現有一圓形70-30 黃 銅的小塊材，直徑為125 mm，擠製後直徑為50 mm。材料的擠製常數 如下圖3 所示，若廠商的加熱器能力為600~700℃，加熱溫度僅能以每 25℃設定為基準。試問擠製機能完成擠製的最低溫度是幾度，並列出計 算過程。（20 分） 圖3 各種材料的擠製常數圖

請說明如何改善焊接過程中的焊接金屬之不完全融化與滲透（Incomplete fusion and penetration）現象，試列舉五種方法。（20分）

金屬成形（Metal forming ）加工通常是以金屬塑性變形（Plastic deformation）來達到工件形狀改變， 試以圖闡述說明金屬塑性變形之應力-應變曲線（Stress-strain curve） （10 分） 試以圖闡述說明直接擠型（Directextrusion）法製作鋁窗框之製程。（15 分）

試說明金屬鑄件中氣孔產生的原因。（20 分）

請說明電子束熔接的原理？以及雷射束熔接的原理？相較於電子束熔 接，請問雷射束熔接的主要優點有那些？（20 分）

有關非傳統加工（Nontraditional machining, NTM）， 試說明常用在NTM 的四種能量場（Energy field）？（5 分） 試以此四種能量場，各舉出及說明一種NTM 製程與相關工業產品應用？ （20 分）

請列舉至少四種板金切斷製程，並說明這些製程對於厚板金件的主要切 割方法。（20分）

試比較雷射切割金屬工件和雷射焊接金屬工件加工法的差異。（20 分）

請說明放電切削（Electrical-DischargeMachining,EDM）作業的原理。（15 分） 並說明介電流體(dielectric fluid)的功能。（5 分）

請說明消失樣模鑄造法（泡沫消去法），並寫出該製程至少四個優點。（20分）

請詳述熱塑性塑膠的射出成型（injection molding）製程，並詳述該製程中 供射出熱塑性塑膠用的往復螺桿（reciprocating screw）應用原理。（25 分）

金屬與塑膠材料為製造常用之機械材料：（每小題10 分，共20 分） 試說明金屬材料常見的三種晶體結構，並比較常用的塑膠材料結構有 何不同？ 試以圖闡述說明熱軋鋼（Hot rolling steel）製程與其鋼製品性質之特點。

工業上常用的點焊有電阻點焊（resistance spot welding）和電弧熔接點焊 （arc fusion spot welding），請回答： 分別說明兩種點焊的工作原理。（10 分） 分別說明兩種點焊的熱源為何？（5 分） 以兩鋼板為例，分別繪圖標示焊塊的位置。（5 分）

請詳述晶體結構上的滑移系統（slip system）在金屬材料在塑性變形上的 意義，並請以米勒－布拉維指數（Miller-Bravais index）列出六方最密堆積 （hexagonal close-packed）晶體結構滑移系統的面與方向，同時請詳述該 晶體結構為補滑移系統的不足而另有的輔助塑性變形機制。（25 分）

試以圖闡述說明可樂飲料鋁罐或砲彈彈筒常用的深引伸（Deep drawing） 製程與限制。（20 分）

使用直徑（D）30 mm 的六刃（n = 6）的碳化鎢端銑刀在300 BHN 鋼材 加工一個槽穴，加工的切削深度（H）和切削寬度（W）分別為3 mm 和 24 mm。假設切削加工選用的切削速度（CSm）為90 m/min；每刃的進 給率（ft）為0.16 mm/tooth；切削300 BHN 鋼材所需的單位馬力（UHP） 為3.59 × 10-5 HP/(mm3/min)；工具機的主軸機械效率（E）為0.85。請回 答：（每小題5 分，共20 分） 工具機的主軸轉速（N） 材料移除率（MRR） 刀具所需之馬力（HPc） 工具機馬達所需之馬力（HPm）

請列舉並詳述操作者可藉由電腦數值控制（computer numerical control, CNC）機械控制面板（control panel）上的按鈕或旋鈕、且無需載入內儲程 式，令機械運動的五種手動方法與步驟。（25 分）

精密光學元件可用鑽石刀具配合精密單點鑽石車削加工（Single-point diamond turning, SPDT）機台進行加工：（每小題10 分，共20 分） 試說明鑽石刀具對無氧銅（Oxygen-free copper, OFC）和石英（Quartz） 玻璃等兩種不同材料進行車削加工之加工原理有何不同？ 試說明對上述兩種不同材料進行車削加工在選用鑽石刀具時，如刀具 傾角、車削加工參數和是否使用冷卻液時有何不同考量？

因應節能減排及輕量化之發展趨勢，汽車飾板（closures）已開始使用較 薄的高張力鋼板，但傳統冷作沖壓卻難以讓高張力鋼板量產成形。若要 讓高張力鋼板之量產成形順利，試述傳統冷作沖壓成形要如何調整？ （20 分）

請詳述電阻熔接（resistance welding）的製程原理與方法。（15 分）若在 二3 mm 厚的鋼板上藉二直徑6 mm 的圓柱電極施以10,000 A 的電流持 續0.202 s 的電阻熔接，假設二鋼板的單位熔化能量（unit melting energy） 為12.5 J/mm3、其間的電阻為105 µΩ，並假設該熔接過程的熱傳係數（heat transfer factor）為0.7，且所形成的銲核（weld nugget）直徑為5.5 mm、 平均厚度為2.5 mm，請算出該熔接過程的熔化係數（melting factor）為何？ （10 分）

試說明鋁熱熔接或鋁熱焊接（Thermit welding）原理與以圖闡述製程方 法及其在軌道車輛之鋼軌接合應用。（20 分）

在輥軋（rolling）作業中，施作的輥軋力使得軋輥（rolls）變形和變平， 同時輥軋機架的立柱可能在高輥軋力作用下發生變形，試問如何降低輥 軋作業所需的輥軋力。（20 分）

為縮短汽車生產時間與停機時間，整車一體車身的大型壓鑄件生產已變 得更快且更容易。請回答： 在壓鑄製程中，驅使熔湯充填模腔最主要的原動力（driving force）是 什麼？（5 分） 壓鑄製程較適合薄壁（5 mm 以下）或厚壁（5 mm 以上）的鑄件？ （5 分） 壓鑄模具方案設計理論為PQ2 原理，何謂PQ2 圖？（10 分）

試說明積層製造（Additive manufacturing）適用於製造射出成形模具之異 型水路（Conformal cooling）的金屬粉末積層製造方法名稱、製程方法及 限制。（20 分）

對於鋼鐵材料之表面硬化處理，請分別說明滲碳法和氮化法兩者之硬化處 理過程、硬度分布及硬化深度。（25 分）

下圖為Fe-Fe3C 的二元合金平衡相圖，試寫出含2 wt% C 之鐵碳合金在 1000 ℃時的平衡相組成。（20 分）

機械製造加工後的表面性質主要可分為表面紋理（surface texture）和 表面完整性（surface integrity），請分別說明其涵意。（8 分） 表面粗糙度是表面紋理的一個可測量的物理操作，請定義表面粗糙 度是什麼？評定表面粗糙度的方法有那些？指出使用表面粗糙 度作為表面紋理測量度的一些限制。（12 分）

請繪圖且詳述利用熔體紡絲（Meltspinning）製造非晶質合金的過程。（25 分）

試列舉並說明切削刀具的破壞模式（failure modes）。（20 分）

常見砂輪規格的記號如：XX-GC-150-P-5-V-1A-200×20×32，除了XX 是 製造商自訂的標誌，試指出此砂輪規格標示的內容，並論述砂輪的五個 重要的基本規格。（25 分）

請分別繪圖且詳述選擇性雷射燒結（Selective lasersintering）的製程。（25 分）

試列舉滾軋製程（rolling process）時可以降低滾輪扭矩或功率的製程參數。 （20 分）

鑄造時將熔融的金屬澆注於鑄模時，為什麼要避免熔融金屬的紊流 （turbulent flow）進入模穴？（4 分） 請說明澆注後金屬鑄件的三種收縮來源。（10 分） 請指出如下圖的合金鑄件晶粒結構特徵，並說明其形成原因。（6 分）

請詳述使用切削刀具在切削工件的過程中所發生的強制振動和自激振動 對工件品質、刀具、工具機各有何不利的影響？（25 分）

試比較摩擦焊接和摩擦攪拌焊接（friction stir welding）的主要差異。（20 分）

摩擦在金屬塑性加工會造成什麼問題？（10 分） 什麼是金屬塑性加工中的黏摩擦（sticking friction）？主要發生在熱加 工還是冷加工？為什麼？（5 分）

試說明放電加工時電源頻率對工件移除速率、工件表面粗糙度與過切 （overcut）的影響。（20 分）

試比較砂模鑄造與消失模鑄造的模型設計與模型材料選擇上的主要差異。 （20 分） 800 α δ 1148℃ Fe3C(cementite) T(℃)

熔接有可能產生那些重要的缺陷？（10 分） 變形（翹曲）是熔焊中的一個嚴重問題，請提出一些可以用來減少發 生或降低程度的技術？（10 分）

標準貨櫃頂部和底部角隅需配置貨櫃角件（如圖所示），通常可用鑄造用 鋼材或鋁合金材，試回答下列問題： 鋼材和鋁合金材各別鑄造熔點為何？材料各有何優缺點？（10 分） 因貨櫃需承壓及吊掛需求，且須耐海水腐蝕等特性，請說明為何貨櫃角 件使用鑄造法？而不採用鍛造法或其他製程？（15 分）

請詳述傳統車用鋼材中極低碳氮（interstitial-free, IF）鋼與烘烤可硬化 （bake hardenable, BH）鋼的特性與應用原理。（15分）

試回答切削常用的碳化鎢（Tungsten carbide）刀具之下列問題： 請說明碳化鎢刀具片之製作方法及流程。（15 分） 請說明碳化鎢刀具表面鍍膜（如TiN）後在金屬切削之優缺點。（10 分） D1 D2 D3 D4 D5 D6 H L W

請試以正齒輪的齒形精修加工，詳述刮齒（gear shaving）加工的原理與製 程特性。（20分）

試回答氧乙炔氣焊接（Oxy-acetylene welding, OAW）、電弧焊接（Electrical arc welding）和摩擦焊接（Friction welding）之下列問題： 說明此三種焊接法各別工作原理與方法，並比較各有何優缺點與限制？ （15 分） 此三種焊接法，何者不需使用焊條？何者只限用金屬工件焊接？（10分）

請詳述金屬板材塑性應變比（plastic strain ratio）的定義與意義及其試驗 方法與對引伸（deep drawing）製程的影響。（20分）

試說明汽車鈑金常用的點焊法（Spot welding）之下列問題： 點焊法之工作原理及方法為何？（10 分） 為何點焊法適用於機械手臂進行汽車鈑金焊接？（5 分） 此點焊法是否在接合區域會留下熱影響區（Heat-affected zone, HAZ）？ 與電弧焊接之熱影響區有何不同？請說明原因。（10 分）

請詳述金屬模鑄造法中壓鑄（die casting）法的原理與方法及製程特性。 （15分）

在電阻焊接情況下，請說明： 兩工件之間所形成的焊核（nugget）直徑大小之影響因素。（10分） 一般以兩工件之間的電阻值為最大的原因。（10分）

請詳述電弧焊接（arc welding）的原理及發生偏弧（arc blow）現象的成 因。（15分）

請詳述應用於微奈米製程中三維形貌量測上的掃描白光干涉儀（scanning white light interferometry）之原理及量測方法與特性。（15分）

請依金相組織寫出不鏽鋼四種分類，及其強化機構、特性及用途。（20 分）

試說明螺桿擠製（screw extruder）機械於進料區、熔煉區及計量區之特 點與機能。（15 分）

刀具的幾何外形對切削有相當重要的影響，試以三視圖繪出右手外徑車 刀的重要幾何特徵，並說明各特徵的作用。（25 分）

試說明Jominy 硬化能（hardenability）試驗的目的、原理與方法，並舉 例說明合金元素對Jominy 硬化能曲線之影響。（20 分）

請寫出非傳統加工中使用機械能切除材料的原理，及三種相關之加工方法 與其過程。（20 分）

隨著孔直徑的增加，應減少鑽孔速度和進給量，請解釋為什麼。（10 分） 隨著鑽孔深度的增加，鑽孔中的力或扭矩是否會發生變化？請說明。 （10 分） 請說明為什麼深孔加工較一般普通孔加工困難，並提出可採用那些對 策。（10 分）

在設計鑄件模型（pattern）時，模型尺寸與最後鑄件尺寸之間必須考量 那些因素？（20 分）

沖壓（stamping）製程通常會產生零件毛邊過多的問題。試說明： （每小題10 分，共20 分） 產生毛邊的可能原因是什麼？至少舉出兩種。 可以採取什麼措施方法修正這種情況？根據小題之答案中所提的 原因，分別提出對應的解決方案。

請寫出板金成型測試之成形極限圖（forming limit diagram）用途及其製作 過程。（20 分）

打鐵趁熱常用來比喻做事必須把握時機、因勢利導。試說明在機械製造 上何謂打鐵趁熱及其優缺點。那些金屬可以不趁熱打鐵，為何？（20 分）