112 原住民特考四等 機械工程 機械製造學概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查鑄件凝固與成形過程中常見的鑄造缺陷，以及缺陷形成的原因。作答時應挑選五種具有代表性的缺陷，並將缺陷特徵與成因配對說明。

解題方法

可依缺陷形成機制切入：金屬液凝固收縮造成縮孔或縮鬆；氣體與模砂問題造成氣孔或砂眼；充填與凝固條件不佳造成冷隔。各項分別交代外觀或位置特徵，再說明主要成因，即能完整作答。

五種常見鑄造缺陷及成因

1. 縮孔（shrinkage cavity） 鑄件凝固時，金屬體積收縮；若冒口補縮不足，或厚大部位、熱節處未能獲得足夠金屬液補充，便會形成較集中的孔洞。常見於最後凝固的厚大部位。

2. 縮鬆（shrinkage porosity） 凝固收縮未能充分補充，且枝晶間的金屬液補縮受阻，形成分散、細小且常呈海綿狀的孔隙。常見成因包括補縮通道不良、凝固順序不合理，以及鑄件局部過厚。

3. 氣孔（blowhole／gas porosity） 金屬液中的氣體在凝固前未能逸出，或模穴、砂模所含氣體進入金屬液，因而在鑄件內形成孔洞。

核心觀念

鍛粗（upset forging）是將圓柱形工件沿軸向受壓，使高度降低、直徑增加的鍛造作業。桶狀化（barreling）是指工件側面中段向外凸起，外形如桶。

桶狀化的主要原因是模具與工件接觸面上的摩擦阻礙金屬向外流動。靠近上下模面的材料受摩擦拘束，徑向流動較不容易；工件中段離模面較遠，受摩擦影響較小，徑向流動較大，因此中段鼓起。若工件與模具之間溫差大、模具冷卻使端面附近材料溫度較低，也會提高局部變形阻力，加劇桶狀化。

解題方法

本題從「材料流動是否均勻」切入：理想狀態下，工件在軸向受壓時應大致均勻地向徑向流動；實際加工中，端面摩擦與溫度差使各處流動阻力不同，於是中段的徑向變形較大，形成桶狀。

改善方式應針對摩擦、溫度差及變形條件：

核心觀念

本題考「銲接熱傳因子」$f_1$ 的意義：電弧輸入的電能中，有多少比例有效傳入工件，形成銲件的熱輸入。常以

表示，其中 $H$ 為單位銲接長度的有效熱輸入，$V$ 為電壓，$I$ 為電流，$v$ 為銲接速度；$f_1$ 越大，代表電弧能量傳入工件的比例越高。

解題方法

先比較兩類電極的熱量傳遞路徑：

核心觀念

無心磨削是圓筒磨削的一種，工件不以頂心、夾頭或心軸定位，而由砂輪、調整輪及工件支承裝置共同支撐與控制。基本配置中，砂輪負責切削，調整輪控制工件的轉速與進給，托刀板承托工件。由於省去工件裝夾與拆卸，可減少輔助時間，適合大量生產。

本題重點是比較外圓與內圓無心磨削的支撐方式、加工對象及生產率。

解題方法與操作特性

一、外圓無心磨削（external centerless grinding）

砂輪與調整輪分置於工件兩側，工件外圓由兩輪及托刀板支撐。調整輪以較低速度帶動工件旋轉；砂輪高速旋轉，磨除工件外表面材料。

常見操作方式如下：

• 通過式（through-feed）：將調整輪軸線相對砂輪軸線傾斜，使工件在旋轉時沿軸向通過磨削區，適合等直徑長圓柱工件的連續大量生產。
• 切入式（in-feed／plunge）：工件不作軸向通過，由砂輪或調整輪作徑向進給，適合有肩部、階級或複雜外形，無法通過砂輪的工件。
• 端進式（end-feed）：工件由一端送入，磨至指定位置後退出，常用於錐形工件。

外圓無心磨削不需中心孔或夾持裝置，容易自動送料；但工件須有適當外圓供支承與導引，且支承高度、托刀板位置及調整輪角度會影響圓度、尺寸與軸向進給。

二、內圓無心磨削（internal centerless grinding）