109 身心障礙特考四等 機械工程 機械製造學概要 考古題詳解
第 一、 題25 分
試比較少模鑄造與殼模鑄造的優缺點。
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核心觀念
本題比較兩種以砂為主要造模材料的鑄造法。題目所稱「少模鑄造」，依機械製造學常用術語，指消失模鑄造（lost-foam casting，又稱全模鑄造）；其核心是泡沫塑膠模型留在砂型內，澆注時受熱氣化，由金屬液取代模型所占空間。殼模鑄造（shell molding）則是以加熱的金屬模型使樹脂覆膜砂固化成薄殼，再以殼模形成鑄型。
比較時抓住四項：模型與鑄型如何形成、尺寸與表面品質、可製作的形狀，以及設備、材料與生產成本。
解題方法
消失模鑄造以泡沫塑膠製成與鑄件相同形狀的模型，塗覆耐火塗料並乾燥後，埋入乾砂中固定；澆入金屬液時，模型受熱分解、氣化，金屬液逐步填入模型原來所占空間，冷卻後取出鑄件。因模型不需從砂型中取出，分模、拔模及部分砂芯設計較簡化，適合複雜形狀；但模型氣化產生的氣體與殘留物必須順利排出，否則容易形成氣孔、碳質缺陷或表面缺陷。
殼模鑄造則將金屬模型加熱，再覆上樹脂覆膜砂，使砂粒表層受熱固化成薄殼。兩片殼模合模後澆注金屬液。殼模表面較平滑，尺寸精度較高；但須製作金屬模型並使用樹脂砂，設備與模具投入較高，且殼模尺寸與承載能力有所限制。
優缺點比較
| 比較項目 | 消失模鑄造（題目所稱少模鑄造） | 殼模鑄造 |
|---|---|---|
| 造模原理 | 泡沫塑膠模型埋入乾砂，澆注時模型氣化，金屬液取代模型空間。 | 加熱金屬模型使樹脂覆膜砂固化成薄殼，合模後澆注。 |
| 形狀與砂芯 | 模型不必拔出，分模限制較少，適合形狀複雜、具有內腔或不易抽芯的鑄件；可減少部分砂芯與組模工作。 | 可製作中小型複雜鑄件；需要砂芯時仍須安排型芯，模型分模及抽芯設計仍有要求。 |
第 二、 題25 分
請說明溢料（flash）在壓印模鍛造（impression-die forging）中的功能。
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核心觀念
壓印模鍛造是將加熱金屬坯料放入上下模的模穴中，藉由模具閉合使金屬塑性流動，填滿模穴以形成所需形狀。模穴周邊設有溢料槽；多出的金屬由模穴流入溢料槽，形成薄而狹窄的溢料（flash）。
解題方法
說明溢料的功能，可從「促使模穴充填」與「控制鍛造時的金屬流動」兩方面作答：
- 促進模穴充填：模穴充滿後，多餘金屬才流入模穴周邊狹窄的溢料間隙。薄溢料冷卻較快、流動阻力較大，形成背壓，促使後續金屬流向尚未充滿的模穴細部，降低欠充填的機會。
- 吸收多餘金屬：坯料體積略有多餘時，溢料槽可容納多出的金屬，降低模穴內金屬量不易控制所造成的影響。
第 三、 題25 分
請說明金屬切削刀具中正傾角（positive rake angle）與負傾角（negative rake angle）的不同。
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核心觀念
本題考查車刀幾何中前角（rake angle）正負號對切削力、切屑流動及刀刃強度的影響。前角是刀具前刀面相對於基準面的傾斜角度；以前刀面朝離開工件的方向傾斜為正前角，朝向工件傾斜為負前角。
解題方法
比較正、負前角時，從「切削阻力與切屑流動」以及「刀刃強度與適用條件」兩方面說明：
| 比較項目 | 正前角 | 負前角 |
|---|---|---|
| 刀具幾何 | 前刀面朝離開工件的方向傾斜 | 前刀面朝向工件的方向傾斜 |
| 切削刃楔角 | 較小，刀刃較銳利 | 較大，刀刃較厚實 |
| 切屑變形與流動 | 切屑較易形成、流動較順暢 | 切屑變形較大，切削較費力 |
| 切削力與切削熱 | 切削力較小，通常切削溫升較低 | 切削力較大，通常切削溫升較高 |
| 刀刃強度 | 刀刃較弱，較易崩刃 | 刀刃強度較高，耐衝擊性較佳 |
第 四、 題25 分
在深引伸（deep drawing）成形中，成耳或耳廓（earing）是圓杯引伸時會發生的缺陷。請說明何謂成耳？並說明其成因。
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核心觀念
成耳（earing）是深引伸圓杯的杯口缺陷：引伸後杯口周緣高低不一，形成週期性、近似波浪或凸耳的起伏。杯口較高的部位稱為耳，較低的部位則位於耳與耳之間；修整杯口時須切除多餘材料，因而增加材料耗損。
本題考查板材的塑性異向性及其對深引伸變形的影響。軋延板材在不同方向上的塑性變形能力並不相同，因此圓形胚料雖然外形對稱，引伸後各方向的材料流動量仍可能不同。
成因與解題方法
板材經軋延後，晶粒形狀、排列及織構會呈方向性，使板材的塑性異向性依相對於軋延方向的角度而變化。圓杯引伸時，胚料各處受到不同方向的拉伸與材料流動；由於各方向的塑性變形抗力不同，材料沿杯壁上升的高度也不一致，於是杯口形成高低相間的耳廓。