114 原住民特考四等 機械工程類科 機械製造學概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查金屬液態鑄造時的流動性（fluidity）。流動性是指液態金屬在凝固前，能沿鑄模流動並充填模穴的能力。實務上常以液態金屬在標準螺旋試棒或流動性試驗模中所能流動的長度，作為比較流動性的指標；流動距離愈長，表示流動性愈佳。

流動性與**黏度（viscosity）**相關，但兩者並非同一性質：黏度描述液體抵抗流動的程度，流動性則著重液態金屬在凝固前完成模穴充填的能力。

解題方法與流動性對鑄件品質的影響

作答可先下定義，再從「能否充滿鑄模」說明對品質的影響，最後列出影響因素。

流動性佳，液態金屬較能充填薄壁、細小或形狀複雜的模穴，鑄件較容易成形完整，並可減少未充滿、冷隔等缺陷。流動性不足時，金屬可能在流抵模穴末端前就凝固，造成澆不足（misrun）；兩股金屬液流在凝固前未能充分熔合，則可能形成冷隔（cold shut）。不過，流動性愈高不代表鑄件品質必然愈好，仍須配合適當的澆注系統、模具設計與鑄造條件。

影響流動性的因素

以下列舉四項：

1. 澆注溫度與過熱度：提高澆注溫度、增加金屬液相對於液相線的過熱度，通常可延長金屬液保持液態的時間，增加充填距離。但溫度過高可能增加氧化、吸氣或模具受熱等問題。

核心觀念

本題比較兩種在圓柱工件上加工外螺紋的方法：單鋒車螺紋與螺絲模切螺紋。兩者都是以刀具相對工件作螺旋進給，形成螺紋牙形；主要差異在於刀具型式、機床運動方式、切削次數及適用場合。

螺紋的螺距為相鄰兩牙對應點間的軸向距離。加工時，刀具每轉一圈須沿工件軸向前進一個螺距 $P$；多線螺紋則每轉前進導程 $L=nP$，其中 $n$ 為螺紋線數。加工前也須依指定牙型、螺距及公差準備工件外徑，並在螺紋起始端倒角，方便刀具導入。

解題方法

依「刀具如何形成牙形」及「刀具與工件如何產生螺旋相對運動」分別說明，再整理各自的製程步驟與適用特性。

一、單鋒車螺紋

單鋒車螺紋是以具有指定牙型的單刃車刀，在車床上逐次切入工件；車刀沿工件軸線移動，同時工件旋轉，切出連續的螺旋牙槽。

製程步驟：

1. 準備工件與車刀：將圓柱工件車至適當螺紋外徑，螺紋起始端倒角。選用符合螺紋牙型與角度的螺紋車刀，並將刀尖對正工件中心、刀刃與工件軸線保持適當位置。
2. 設定螺距進給：依螺紋螺距設定車床主軸與進給螺桿的傳動，使主軸每轉一圈，車刀軸向前進一個螺距 $P$。車製多線螺紋時，則按導程 $L=nP$ 設定進給。
3. 對刀並設定切深：刀具對準螺紋起點，設定徑向或斜向進刀方式與切削深度。單次切削量不宜過大，避免刀具負荷過高或牙形不良。
4. 分次切削至牙深：工件旋轉時，車刀同步軸向進給，逐次切入並沿軸向車削；每刀切完退刀，再作下一刀，逐步加深至規定牙深。最後以較小切深作精車，以改善表面及牙形。
5. 檢查螺紋：用螺距規、螺紋量規或配合件檢查螺距、牙形、有效徑與配合情形，並清除毛邊。

此法由車床運動控制螺距，螺距與牙型選擇彈性大，適合單件、少量、特殊螺紋或較大直徑螺紋；缺點是需多次走刀，生產速度通常較慢，且操作與設定要求較高。

二、螺絲模切螺紋

核心觀念

網格銲接（cross-wire welding）是以電阻銲接方式，將互相垂直交叉的縱向鋼線與橫向鋼線，在每一交點銲合，製成具有固定網目間距的鋼線網。其接合原理與電阻點銲相近；依交叉鋼線的接觸幾何，也常視為電阻凸銲的一種應用。

銲接時，電極夾持交叉點並施加壓力，電流通過鋼線接觸界面。交點處的接觸電阻較大，因電流產生局部熱量，使接合區達到塑性或熔融狀態；在電極壓力下形成銲核，電流停止後保持壓力冷卻，即完成接合。其電阻熱可概略表示為：

$Q=I^{2}Rt$

其中 $Q$ 為熱量、$I$ 為銲接電流、$R$ 為接觸區電阻、$t$ 為通電時間。實際銲接品質還受電極壓力、電極形狀、鋼線直徑與表面狀態等因素影響。

解題方法

本題是製程說明題，可依「原理、特色、作業方式」三個層次作答。先說明交叉點如何靠電阻熱與壓力形成銲點，再整理自動化量產的優點與限制，最後依鋼線進料、定位、通電銲接、步進送料及成品收取的順序敘述作業。

接合原理

1. 縱向鋼線與橫向鋼線在交點相互接觸，電極對交點加壓，使接觸穩定。
2. 銲接電流通過交點，接觸界面因電阻熱而快速升溫，局部金屬軟化或熔融。
3. 電極持續施壓，使交點處金屬形成銲核；停止通電後，仍保持壓力一段時間，使銲點凝固並固定。
4. 多個交點可由多組電極同時銲接，因此一個銲接週期即可完成同一排的多個交點。

此法通常不需填料，也不需逐點以人工施銲。銲接電流、通電時間與電極壓力須配合線徑、材料及鍍層狀況調整；參數不當會造成銲點不足、過熱飛濺、鋼線壓傷或電極沾黏。

特色

• 生產效率高：多個交點能同時銲接，適合圍籬、設備防護網等大量製造。
• 網目尺寸一致：自動送料與定距機構控制縱、橫線間距，產品尺寸與銲點位置較穩定。

核心觀念

本題考查 TIG（鎢極惰性氣體電弧銲，亦稱 GTAW）中，電流方向如何影響鎢電極、工件的熱量分配，以及氧化膜清除效果。

TIG 使用非消耗性鎢電極，並以氬、氦等惰性氣體保護電弧與熔池。直流銲接時，電流方向決定哪一端為陰極、哪一端為陽極；陰極處會有明顯的陰極清理作用，有助於去除鋁、鎂等金屬表面的氧化膜。交流則交替具有兩種極性作用。

解題方法

比較三種方法時，掌握兩項判斷即可：

1. 工件所獲熱量較多時，熔深較深；鎢極所獲熱量較多時，鎢極負荷較大。
2. 工件為陰極時，具有陰極清理作用，有助於破除氧化膜。

一般直流電弧銲中，陽極熱量較多；TIG 的電流極性效果可依工件與鎢極分別為正、負極判斷。

三種電流型式與特色