114 地方特考四等 機械工程類科 機械製造學概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查麻花鑽（twist drill）的主要幾何部位，以及各部位如何影響切削、排屑、導向與鑽削力。回答時可依「角度或刃口的定義 → 所在位置與作用 → 對切削性能的影響」逐項說明。

解題方法

鑽頭旋轉並沿軸向進給時，兩條鑽唇負責切削材料；螺旋槽容納並排出切屑；橫刃位於鑽尖中央，負責擠壓、刮削材料。各角度相互配合，影響切削刃強度、鑽削力、排屑與孔壁品質。

（一）鑽頂角（Point angle／Lip angle）

**部位與定義：**鑽頂角是鑽頭兩條主切削刃（鑽唇）在鑽尖處所形成的夾角，常用頂角表示。一般鑽削鋼材的麻花鑽，常見頂角約為 $118^\circ$。

對切削性能的影響：

• 頂角較大時，鑽尖較鈍、切削刃強度較高，適合較硬或較脆的材料；但軸向推力增加，鑽尖定心與切入能力較差。
• 頂角較小時，鑽尖較尖、切入較容易，軸向推力通常較小；但切削刃較弱、容易磨損或崩裂，較適合較軟材料。
• 頂角左右不對稱，會使兩側切削負荷不均，造成鑽頭偏移、孔徑擴大或孔位偏斜。

（二）螺旋角（Helix angle）

**部位與定義：**螺旋角是鑽頭外周螺旋槽的螺旋線，與鑽頭軸線方向所形成的角度。螺旋槽用以形成切屑容納空間，並引導切屑向外排出。

對切削性能的影響：

• 螺旋角較大時，切削作用較平順，切屑較容易沿槽排出，適合較軟、延展性較大的材料；但鑽唇楔角相對減小，刃口強度降低。
• 螺旋角較小時，鑽唇較強，適合較硬或較脆材料；但排屑能力較弱，切削作用較不平順。
• 螺旋角與材料特性及切屑形態須相配合；

核心觀念

本題考「模型（pattern）在造模或鑄造過程中如何取出」。模型用來形成鑄件所需的型腔；依模型是否能完整取出、重複使用，可分為：

• 永久模型：造模後將模型完整取出，模型可重複使用。常見於砂模鑄造等使用可拆除模型製作型腔的製程。
• 消散式模型：模型留在模內，澆注時熔化、燃燒或氣化，或在製程中被破壞，因此每次鑄造都需製作新模型。常見方法為脫蠟鑄造與消失模鑄造。

此處的「永久模型」是指可重複使用的模型，不等同於「永久鑄模」；永久鑄模是可重複使用的金屬模具。

解題方法

先以「模型能否完整拔出並重複使用」區分兩類，再列舉各類常用方法及其適用產品、批量或形狀特徵。

一、永久模型：方法與主要用途

永久模型可依結構與造模方式分為下列型式：

核心觀念

本題考塑性變形加工依工件加工溫度與再結晶溫度的相對高低，分為熱加工與冷加工。判斷重點是加工過程中的工件溫度，而非室溫或材料熔點。

再結晶溫度是金屬經冷加工產生加工硬化後，在適當溫度下，內部形成新的、無應變晶粒並逐漸取代變形晶粒的最低溫度範圍。常以「在一定時間內能完成再結晶」作為判定基準，因此它不是所有材料共通的固定溫度，而會隨材料種類、純度、變形量及加熱時間等因素改變。

解題方法

比較加工溫度 $T$ 與材料的再結晶溫度 $T_R$：

• $T>T_R$：屬於熱加工。加工期間能發生再結晶，部分抵銷加工硬化。
• $T<T_R$：屬於冷加工。加工期間不會充分再結晶，變形造成的加工硬化會保留下來。

此處的「熱」與「冷」是相對於 $T_R$ 的分類，不等於一定要高於或低於室溫。

兩種加工的優缺點及限制

核心觀念

本題考查電弧焊的熱源形成、電弧穩定，以及直流與交流焊接電源的極性、電弧穩定性和設備特性。電弧焊是利用電極與工件間的電弧熱，使母材及必要時的填料金屬熔化，形成熔池；冷卻凝固後，即形成焊道與接合部。

解題方法

回答時先交代電弧如何引燃、維持及產生熔融接合，再依電源種類比較電弧穩定性、極性效果、設備成本與適用性。直流電源有固定極性，可指定電極與工件的接法；交流電源則以固定頻率反覆改變電流方向，極性每半週交換。

（一）電弧焊的工作原理

電弧焊以電源供應焊接電流，在電極與工件之間建立電壓。電極接近工件或短暫接觸後拉開，間隙中的氣體被電離，形成由電子、離子及高溫氣體構成的導電電弧。電流持續通過電弧時，電弧熱集中作用於電極端部及工件表面，使母材局部熔化；使用填料金屬時，填料金屬也在電弧熱下熔化並進入熔池。

焊接時，電弧隨電極沿接縫移動，熔池在電弧後方逐步冷卻凝固，形成連續焊道。使用被覆焊條或保護氣體時，藥皮分解產生的氣體、熔渣或保護氣體可隔絕空氣，減少熔融金屬氧化與污染。

電弧熱的大小與焊接電流、電弧電壓及作用時間有關，常以電功率關係表示：

其中 $P$ 為電功率，$V$ 為電弧電壓，$I$ 為焊接電流。實際作用於工件的熱量還受熱效率與焊接速度影響。

（二）直流與交流電焊機電源比較