115 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
壓印模鍛造（impression-die forging）通常在上下模具間製作溝槽（gutter）與溢料面（land），請說明溝槽和溢料面的設置目的及用途，對於金屬塑性成形有何影響？
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核心觀念
壓印模鍛造時，金屬坯料置於上下模之間受壓，逐漸填滿模穴。模穴周邊常設有溢料面（land）與其外側的溝槽（gutter），兩者共同控制多餘金屬的流動，幫助模穴充填並形成鍛件外圍的飛邊。
- 溢料面是模穴邊緣狹窄、厚度較小的間隙，供多餘金屬流出，形成薄而長的飛邊。
- 溝槽位於溢料面外側，是容納流出金屬的空間，讓飛邊有處可去，避免金屬在模具分模面外溢後妨礙模具完全閉合。
解題方法
依「控制流出—增加阻力—促進充填—容納多餘金屬」的順序說明兩者作用，即可交代其設置目的，以及對金屬塑性流動與成形結果的影響。
一、溢料面的目的與影響
溢料面以較小的厚度間隙限制金屬向外流動。金屬要通過狹窄間隙，會受到較大的塑性變形阻力與摩擦阻力，因此溢料面具有節流作用。
當金屬流出模穴並形成薄飛邊時，飛邊在溢料面內受到冷卻與摩擦，流動阻力進一步提高。這種阻力使金屬較不易持續向外流出，進而提高模穴內的成形壓力，促使金屬流向較深、較難充填的模穴部位，有助於完整充填。
若溢料面過厚或過寬，金屬容易流出，節流效果減弱，模穴壓力可能不足而造成充填不全；若過薄或設計不當，則會增加鍛造負荷，也可能造成過大飛邊、模具磨耗或局部應力集中。
二、溝槽的目的與影響
第 二 題25 分
板金的剪切下料（blanking）和引伸（drawing）作業需要衝頭（punch）與模具（die），請說明下料與引伸的異同處？另外，二製程的衝頭與模具側邊間隙值（clearance）如何決定？
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核心觀念
本題考查板金沖壓中兩種不同目的的操作：下料（blanking）是剪斷分離；引伸（drawing）是使板材塑性流動成形。兩者都使用衝頭與模具，但間隙的功能不同：
- 下料間隙為了使材料沿刃口受控剪切、斷裂。
- 引伸間隙為了讓板材在衝頭與模具之間流動並形成杯狀或殼狀工件。
「間隙」通常指單側間隙 ；若圖面標示的是直徑差或總間隙，則須確認是否為 。
下料與引伸的異同
| 比較項目 | 下料（blanking） | 引伸（drawing） |
|---|---|---|
| 製程目的 | 沿閉合輪廓剪切板材，取下的坯料就是所需成品 | 將平板坯料推入模穴，使材料流動形成杯狀、盒狀等中空形狀 |
| 主要變形 | 剪切與斷裂，材料分離 | 塑性變形與材料流動，板材大致保持連續 |
| 工具作用 | 衝頭與模具刃口剪斷材料 | 衝頭把坯料壓入模穴；模具圓角與壓料板控制材料流動及皺摺 |
| 板厚變化 | 剪切邊形成塌角、光亮帶、斷裂面與毛邊 | 側壁厚度大致維持原板厚，但因拉伸或材料流動可能局部變薄、增厚 |
| 關鍵控制因素 | 材料性質、板厚、刃口狀況與剪切間隙 | 引伸間隙、模具圓角、潤滑、壓料力、材料延性及引伸比 |
兩者的共同點是都以沖床提供力量，並使用衝頭與模具限制工件形狀；主要差異在於下料要讓材料分離，引伸則要讓材料流動成形而不破裂。
間隙如何決定
一、下料間隙：依板厚與材料性質選定
下料單側間隙常以板厚 的一定比例估算：
其中 是依材料種類、強度、延性、板厚及所要求的剪切面品質選定的經驗係數。常用起始估算約為板厚的數％至十餘％，實際值應依材料規格、模具設計資料或試沖結果修正；材料強度較高或較厚時，通常須採較大的間隙。
間隙過小，剪切阻力與模具負荷增加，刃口容易磨損；間隙過大，斷裂面與毛邊增大，尺寸及切面品質變差。因此設計時須兼顧壽命、尺寸精度與斷面品質。
第 三 題25 分
鋁合金廣泛應用於汽車、建築、航太等產業，其製品通常會予以陽極處理（anodizing），請說明何謂陽極處理？以及施作目的、原理與製品特色。
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核心觀念
陽極處理（anodizing）是利用電解原理，在鋁或鋁合金表面人工生成氧化鋁膜的表面處理方法。工件接為陽極，置於適當電解液中通電，使表面鋁氧化成氧化鋁（）。
本題重點是說明陽極處理的定義、施作目的、成膜原理與處理後製品特色。
解題方法
依序從「怎麼做、為何施作、如何成膜、成品有何特性」作答，並將陽極處理與單純塗漆區分：陽極處理生成的是與基材結合的氧化膜，不是另外覆上一層有機塗料。
施作目的
- 提升耐蝕性：緻密氧化膜可隔絕水氣及腐蝕性物質，降低鋁材腐蝕。
- 增加表面硬度與耐磨性：適當製程可形成較硬的氧化層，改善表面耐磨耗能力。
- 裝飾與著色：氧化膜具有孔隙，可吸附染料；亦可藉電解著色等方式取得不同色彩。
- 提供絕緣性：氧化鋁膜為電絕緣材料，可提高表面電氣絕緣性。
- 改善塗裝與黏著性能：適當處理可提升後續塗裝、黏著或其他表面加工的附著效果。
成膜原理與製程
鋁製品接直流電源正極作為陽極，置於電解液中；陰極通常採用適當的惰性或導電材料。通電後，鋁表面發生氧化反應，生成氧化鋁膜。以酸性電解液陽極處理為例，陽極反應可簡化表示為：
第 四 題25 分
粉末冶金（powder metallurgy）工件的二次加工法有浸漬（impregnation）和滲入（infiltration），請分別說明其加工製程及產品應用例。
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核心觀念
本題考粉末冶金燒結件的兩種二次加工：浸漬（impregnation）與滲入（infiltration）。兩者都利用燒結件內部相連通的孔隙，但填入物、製程目的與產品用途不同：
- 浸漬：以液體填充孔隙，常用油或樹脂，主要用來增加潤滑性、密封性或防止漏液。
- 滲入：以熔融金屬填入孔隙，主要用來提高密度、強度、硬度及耐壓性。
解題方法
作答時依序說明「填入材料、填入方式、製程結果與應用」，並比較兩者的主要差異。
一、浸漬（impregnation）
將多孔燒結件置於油、樹脂或其他液體中，利用毛細作用，或以真空、加壓方式，使液體進入並填滿彼此連通的孔隙；取出後再瀝除表面多餘液體，必要時進行固化或熱處理。
浸漬後，孔隙中的油可在使用時逐漸釋出，形成自潤滑效果；樹脂等液體則可封閉孔隙，減少滲漏。
應用例：