114 地方特考三等 機械工程類科 機械製造學 考古題詳解

核心觀念

本題考查金屬塑性加工法的適用形狀與成品特徵。銅電線是長度很長、截面小而均勻的實心線材，製程須能連續或反覆將線材縮徑，並維持穩定的圓形截面。最適合的加工法是拉製（drawing，線材拉拔）。

拉製是將線材的一端穿過具有錐形孔的模具，再由牽引設備拉曳，使線材在拉力作用下通過模孔，截面積縮小、長度增加。線材常經多道次拉製，逐步達到所需線徑。

解題方法

先由產品形狀判斷製程：銅電線具有細長、等截面、長尺寸的特徵，應選擇能使棒材或線材連續縮徑的線材拉製。拉製適合製造電線、鋼絲及其他長條形線材；若材料加工硬化明顯，會在道次間安排退火，以恢復延展性並降低後續拉製破裂的風險。

典型流程如下：

1. 熔煉與鑄造成棒坯：將銅熔煉後鑄成適合後續加工的棒材或鑄坯。鑄造在此是製作拉製前的原料，不是形成細銅線的主要成形方法。
2. 熱加工成線材坯料：將鑄坯加熱並軋製成較粗的銅桿或線材坯料。
3. 表面處理與潤滑：清除氧化皮及表面雜質，施加潤滑，以減少模具與工件間的摩擦及表面刮傷。
4. 穿模與拉製：將線材前端縮尖後穿過模具，由牽引機拉曳。材料通過模孔時，截面積減小、長度增加。
5. 多道次減徑與中間退火：依目標線徑安排一系列逐步縮小的模孔；

核心觀念

本題比較冷室壓鑄與熱室壓鑄的設備構造、適用材料與生產效率。兩者都以高壓將熔融金屬快速充填金屬模具，使其凝固成形；主要差別在於熔湯供給與射出機構是否浸在熔湯中。

解題方法

依「熔湯如何進入壓室 → 射出機構如何配置 → 材料對設備的影響 → 生產效率」比較，即可掌握兩種方法的因果關係：射出機構浸在熔湯中，供料方便、循環快；若熔湯會侵蝕或損壞浸入式零件，則採用與熔湯分離的冷室機構。

冷室壓鑄與熱室壓鑄比較

核心觀念

泰勒刀具壽命公式為

$VT^n=C$

其中，$V$ 為切削速度，$T$ 為刀具壽命，$n$ 為刀具壽命指數，$C$ 為與刀具材料、工件材料及切削條件等因素有關的常數。切削速度提高時，刀具壽命通常會縮短。

解題方法

將公式改寫為

$T=\left(\frac{C}{V}\right)^{1/n}$

在切削速度 $V$ 固定時，$C$ 越大，刀具壽命 $T$ 越長，代表刀具耐用性較佳，因此有利於加工。

核心觀念

切削時，切屑變形、刀具與切屑間的摩擦，以及刀具與工件間的摩擦都會產生熱。切削溫度過高，會使工件表層及近表層的材料性質改變，也會造成熱膨脹與冷卻收縮，因此影響尺寸精度、表面品質及加工後的使用性能。

解題方法

依影響的對象分成「尺寸與形狀、表面完整性、材料性能、殘留應力與裂損」逐項說明。作答時要把溫度造成的熱變形，與高溫對材料組織及性質的改變分開敘述，並說明它們如何降低加工品質或產品可靠度。

切削溫度過高對加工後產品的不良影響

1. 尺寸精度降低 加工時工件受熱膨脹，量測時若尚未冷卻至室溫，尺寸容易偏大；冷卻後收縮，又可能造成尺寸偏小或尺寸不均。若工件各部位受熱不一致，還會產生形狀誤差，例如圓度、平面度或直線度變差。

2. 表面粗糙度及表面品質惡化 高溫會促進工件表面氧化，也可能使材料局部軟化、黏附或撕裂，使表面形成不規則痕跡。結果可能是表面粗糙度增加，並出現變色、燒傷或表面缺陷。

核心觀念

珠擊（shot peening）與雷射噴擊（laser shot peening）都屬於表面機械強化加工。兩者以高速衝擊使工件表層產生塑性變形，並在表面及其下方形成殘留壓應力，藉此延緩疲勞裂縫的萌生與擴展，提升疲勞強度。它們不以去除材料為目的，也不同於以熱源熔化或切削表面的加工法。

解題方法

作答時分別交代兩種方法的作法、衝擊原理、強化效果，並比較衝擊介質與能量來源。珠擊以高速固體珠粒直接撞擊表面；雷射噴擊則以短脈衝雷射在受約束的水層下產生高壓衝擊波。

珠擊（shot peening）

**作法：**以壓縮空氣、離心輪等方式，將鋼珠、玻璃珠或陶瓷珠高速噴射至工件表面，並使表面各區域受到足夠且均勻的覆蓋。珠粒撞擊後彈離，通常不作為鍍層留在工件上。

**原理：**珠粒撞擊工件時，使表層局部發生塑性變形並略為伸長；下方未受同等塑性變形的材料限制表層自由伸長，因此在表層形成殘留壓應力，內部則相應存在平衡應力。疲勞裂縫通常由表面或近表面萌生，表層壓應力會抵銷部分外加拉應力，降低裂縫張開的傾向，延緩裂縫萌生及擴展。