113 地方特考三等 機械工程 機械製造學 考古題詳解

核心觀念

本題考查銲接中填料熔點與母材受熱狀態的差異。軟銲與硬銲都是以熔化的填料金屬填入接合縫隙，藉由潤濕與毛細作用形成接頭；銲接時母材不熔化。

兩者的主要區分以填料的液相線溫度為準：

• 軟銲（soft soldering）：填料液相線溫度低於 $450^\circ\mathrm{C}$。
• 硬銲（hard soldering）：填料液相線溫度高於 $450^\circ\mathrm{C}$，但低於母材熔點。硬銲常稱為銲錫以外的「銲接填料銲接」；英文一般以 brazing 稱之。

解題方法

依序比較填料溫度、接頭強度、熱影響與適用場合，即可整理兩者差異。硬銲的加熱溫度較高，通常採用熔點較高、強度較大的填料；軟銲加熱溫度低，較適合薄小零件及熱敏感元件。

核心觀念

本題考查製造系統自「產品設計與製程規劃」到「工廠各部門整合」的三個層次：CAD/CAM、FMS、CIM。作答時要分清楚其涵蓋範圍：CAD/CAM著重設計與製造的電腦輔助；FMS著重多種產品的彈性加工與物流；CIM則將企業內相關製造活動及資訊整合起來。

解題方法

依各名詞的功能、組成與彼此關係分段說明：

一、電腦輔助設計／電腦輔助製造（CAD/CAM）

**CAD（Computer-Aided Design，電腦輔助設計）**是利用電腦軟體協助產品的設計與工程分析，例如建立二維圖面或三維模型、修改尺寸與形狀、繪製工程圖，以及進行有限元素分析或干涉檢查。設計資料可作為後續製造的依據。

**CAM（Computer-Aided Manufacturing，電腦輔助製造）**是利用電腦協助製程規劃及生產作業，例如選擇加工方法與刀具、規劃加工順序、產生 CNC 加工程式，以及安排生產和檢查作業。

CAD 與 CAM 結合後，可將產品設計資料傳遞至製造端，減少重複輸入與資料轉換錯誤，並提升設計變更至生產執行的效率。常見應用包括由三維模型產生刀具路徑，再轉換為 CNC 機台可執行的程式。

二、彈性製造系統（FMS）

**FMS（Flexible Manufacturing System，彈性製造系統）**是由數值控制機台、物料搬運與儲存設備，以及電腦控制系統組成的自動化製造系統。它能在較少人工介入下，依排程加工不同種類或規格的工件，並能因應產品種類或生產順序的變化。

典型組成包括：

• 加工設備：例如 CNC 車床、加工中心及其他可自動換刀的機台。
• 物料搬運與儲存設備：例如自動導引車、輸送系統、機械手臂及自動倉儲。

核心觀念

粉末冶金是將金屬或合金粉末裝入模具，以壓製形成所需形狀，再經燒結使粉末顆粒彼此結合，製成具有一定強度與尺寸的零件。典型流程為：

各步驟依序控制粉末特性、成分均勻度、零件形狀與密度，以及最終性能。

解題方法：依製程順序說明步驟與目的

一、粉末製備

以霧化、還原、電解或機械粉碎等方法取得金屬粉末，並控制粉末的粒徑、粒形、純度及表面狀態。

**目的：**取得適合後續混合、填模與壓製的原料。粉末粒徑與形狀會影響流動性、填模均勻性、壓縮性及燒結特性。

二、混合與調配

將不同金屬或合金粉末均勻混合；視需要加入潤滑劑、黏結劑或其他添加物。

**目的：**使各成分分布均勻，並調整粉末的流動、填模、壓製及脫模性能。潤滑劑可降低粉末與模壁間的摩擦，改善脫模；黏結劑則可增加未燒結壓坯的搬運強度。

三、壓製成形

將混合粉末填入模穴，再以單向或雙向加壓方式壓成所需形狀的生坯（green compact）。

核心觀念

本題考查鑄件的設計原則：設計時須同時考量鑄造性、凝固與收縮、後續加工，以及鑄件的強度與使用功能。設計良好的鑄件，能減少縮孔、裂紋、變形等缺陷，並降低造模、鑄造及加工成本。

解題方法

可從「形狀與厚度、凝固與收縮、造模與取出、加工與使用」四個面向整理：

1. 形狀與厚度

• 形狀力求簡單，避免不必要的複雜輪廓與細長突出部。
• 壁厚應均勻；厚薄變化處採平順漸變，避免急劇轉折。
• 轉角宜設圓角，避免尖角造成應力集中，也減少熱節與裂紋風險。
• 筋、凸台、肋等加強構造應適當配置，避免局部堆積過多金屬。

2. 凝固與收縮

• 使鑄件能按預定方向順序凝固，避免形成難以補縮的孤立熱節。
• 厚大部位應便於冒口補縮；必要時配合冷鐵等措施控制凝固。
• 預留金屬凝固與冷卻時的收縮量，並考慮可能的翹曲與變形。

核心觀念

本題考查單刃車刀的六個基本刀角。判讀圖形時，先依視圖區分：

• 端面圖：判讀側前角、側後角。
• 側面圖：判讀背前角、端後角。
• 平面圖：判讀主偏角、副偏角。

刀具幾何角度會影響切削力、切削溫度、排屑、刀具強度及加工表面品質。

解題方法

以刀具的三個主要方向判讀：

1. 刀面相對於基準面的傾斜，判斷前角。
2. 刀具後刀面與加工表面間的間隙，判斷後角。
3. 由平面圖觀察主、副切削刃與進給方向、刀具軸線的夾角，判斷主偏角與副偏角。

各標號名稱及主要功用

A：側前角（Side rake angle，$\gamma_s$）

位於端面圖中，為刀面在垂直於主切削刃方向上的傾斜角。

主要功用：

• 使切屑容易沿刀面流出。
• 減少切削變形及切削力。
• 降低切削溫度與功率消耗。
• 側前角增大可使切削較輕快，但會使刀刃變薄、強度降低。

B：側後角（Side relief angle，$\alpha_s$）

位於端面圖中，為主後刀面與工件已加工表面之間的夾角。

主要功用：

• 防止主後刀面與工件摩擦。
• 減少摩擦熱及刀具磨耗。
• 確保刀具能順利切入工件。

側後角過小會造成摩擦、發熱及後刀面磨耗；過大則會削弱刀刃強度。

C：背前角（Back rake angle，$\gamma_b$）

位於側面圖中，為刀面沿刀具軸線方向的傾斜角。

主要功用：

• 控制切屑向前方或後方流動。
• 改善排屑方向。
• 減少切削力與切削功率。
• 背前角過大會降低刀尖及刀刃的強度。

D：端後角（End relief angle，$\alpha_e$）

位於側面圖中，為端部後刀面與工件加工表面之間的夾角。

主要功用：