111 鐵路特考佐級 機械工程 機械製造學大意 考古題詳解

核心觀念

本題考查金屬零件常見的製造流程。一般先以鑄造取得零件的基本形狀，再以切削加工修整尺寸與表面，最後視需要以電鍍改善表面性質或外觀。三者依序屬於成形、尺寸加工與表面處理。

解題方法

判斷製程先後，可看各方法的目的：

1. 鑄造：將熔融金屬注入鑄模，凝固後形成接近零件外形的胚件。
2. 銑削：以銑刀去除材料，修整尺寸、形狀或表面。
3. 電鍍：在工件表面沉積金屬鍍層，常用於防蝕、耐磨或裝飾；通常安排在主要成形與切削加工之後，以免後續加工破壞鍍層。

因此常見順序是「先成形、再加工、後表面處理」。

選項分析

核心觀念

本題考生產型態與訂單型式的配合。生產型態可從兩個面向判斷：

• 製品種類與數量：少量多樣適合依個別需求安排；多量少樣則適合標準化、重複製造。
• 製品流程：個別生產按各項訂單分別安排作業；連續生產則依固定流程大量、連續地製造。

「預估生產」是依市場需求預測先行製造，通常以規格固定、需求量較大的產品為對象，因此最適合多量少樣、連續生產。

解題方法

先辨認訂單型式：預估生產在接到實際訂單前，便依需求預測安排產量。要降低單位成本並穩定供貨，產品通常須具備較高標準化程度，且需求量足以支持重複製造。

因此，製品種類少而數量多，適合採用流程固定、連續運作的生產方式。這與「多量少樣生產、連續生產」相符。

選項分析

核心觀念

本題考查粉末冶金壓製成形的設計原則。粉末置於模具中後，利用上、下沖頭沿壓製方向 $F$ 加壓，再將壓坯沿相同方向脫模。

因此，零件形狀須符合：

• 孔、階差等特徵最好與壓製方向平行。
• 模具或沖頭必須能沿壓製方向順利進入與退出。
• 會阻礙模具直線脫模的反向凸緣、凹槽或內縮結構，稱為「底切」（undercut），通常無法以一般單向壓製加工。

解題方法

判斷各選項是否能由沿 $F$ 方向移動的沖頭與模具成形，並在壓製完成後順利脫模：

• 若特徵方向與 $F$ 平行，通常可以利用沖頭或模芯直接成形。
• 若存在垂直於 $F$ 的內凹或反向卡榫，模具退出時會被壓坯卡住，屬於應避免的底切設計。

因此，具有底切的設計無法以一般粉末冶金壓製方式直接加工，故選 (D)。

選項分析

(A) 盲孔：錯誤

核心觀念

本題考「精實生產」（Lean Production）的核心目的：辨識並減少生產過程中不創造產品價值的活動與浪費，讓資源集中於顧客真正需要的價值。

精實生產常見的改善方向包括減少等待、搬運、庫存、過度加工、瑕疵與不必要的動作等浪費，並透過持續改善提升流程效率與品質。

解題方法

抓住題幹的關鍵詞「減少生產過程中的無益浪費」，將其對應到各種生產方式的主要目的。以「消除浪費、提高價值流程效率」為核心的生產方式，就是精實生產，因此選 A。

選項分析

• (A) 精實生產（Lean Production）—正確。 核心在於消除生產流程中的浪費，使資源用於創造產品價值，符合題幹所述「減少無益浪費」。

核心觀念

鑄件冷卻時，金屬體積會依序經歷液態收縮、凝固收縮與固態收縮。製作模型時所加的收縮裕度，是將模型尺寸適度放大，以補償金屬凝固後冷卻至室溫時的尺寸縮小；本題官方答案所指的是固態收縮。

解題方法

抓住「模型製作時所加」與「收縮裕度」兩個關鍵詞。收縮裕度是模型尺寸上的補償量，目的是讓鑄件冷卻完成後仍能符合指定尺寸。依題目採用的分類，這項尺寸補償主要對應金屬在固態冷卻時的線性收縮，因此選固態收縮。

選項分析

核心觀念

鑄造模型尺寸通常須考慮收縮、拔模、加工及變形等裕度。蠟模主要用於脫蠟鑄造：蠟料成形後會被熔除，留下型腔供金屬液澆注。判斷各裕度是否適用，關鍵在於蠟模是否要從砂模中拔出，以及鑄件本身是否仍有尺寸變化或後續加工需求。

解題方法

逐項檢視裕度的用途：

• 收縮裕度補償金屬冷卻凝固時的體積收縮。
• 拔模裕度讓模型能順利從砂模中取出。
• 加工裕度預留鑄件後續切削所需材料。
• 變形裕度補償鑄件冷卻時的不均勻收縮或翹曲。

蠟模在脫蠟鑄造中會留在模內並熔除，不需從砂模拔出，因此不需要拔模裕度。

選項分析

核心觀念

本題考離心鑄造法的三種形式及其適用鑄件形狀：

• 真離心鑄造法：熔湯注入旋轉的鑄模，靠離心力使金屬貼附模壁，通常不需砂心即可形成中空、旋轉對稱的鑄件，例如管件。
• 半離心鑄造法：用離心力協助鑄造實心、近似圓盤或輪狀的鑄件；鑄件中心部位較易聚集氣孔、夾雜等缺陷。
• 離心力加壓鑄造法：利用離心力將熔湯送入模穴，可製作形狀較複雜、非旋轉對稱的鑄件。

解題方法

逐項對照鑄造方式的成形原理與鑄件特徵：真離心鑄造的中空部分由旋轉與金屬液分布自然形成；半離心鑄造的中心區域品質較差；離心力加壓鑄造則不以旋轉對稱為必要條件。據此判斷，正確敘述為半離心鑄造的中心仍可能有氣孔。

選項分析

核心觀念

再結晶溫度是冷作金屬經加熱後，形成新的、無應變晶粒所需的溫度範圍。它不是固定不變的材料常數，會受到冷作程度、原始晶粒大小、材料純度與合金元素，以及退火時間等因素影響。

冷作會在金屬內累積應變能，成為再結晶的驅動力；冷作量越大，儲存的能量通常越多，再結晶越容易進行，因此所需溫度通常越低。原始晶粒較大時，晶界總面積較少，再結晶形核位置減少，通常需要較高溫度才能促進再結晶。

解題方法

逐項判斷各敘述與再結晶的促進或阻礙因素是否相符：

• 冷作量增加會提高儲存能，通常降低再結晶溫度。
• 原始晶粒越大，晶界越少，再結晶形核較不容易，通常使再結晶溫度提高。
• 固溶元素會妨礙晶界移動，通常提高再結晶所需溫度。
• 退火時間越長，較低溫下也能完成再結晶；因此長時間退火不代表再結晶溫度升高。

選項分析

核心觀念

本題考各種鍛造與滾軋加工的用途，判斷重點是成品形狀與材料流動方式。斜滾軋（Skew Rolling）常用來將圓柱形材料加工成球狀或近球狀粗胚，例如軸承鋼球的粗胚。

解題方法

先看題目指定的形狀：「圓球形粗胚」。再比較各加工法主要適用的工件形狀：

• 滾軋鍛造適合製作長形、截面逐漸變化的鍛件。
• 旋轉型鍛適合減小棒材或管材的直徑，或形成階梯、錐形等軸對稱形狀。
• 環滾軋用於擴大環件直徑、減小環壁厚度。
• 斜滾軋則可讓棒材在斜置滾輪間連續滾動，並藉模具輪廓使材料分段成形為球狀粗胚。

因此，符合球形粗胚製作目的的是斜滾軋。

選項分析

(A) 滾軋鍛造（Roll Forging）—錯誤 工件通過具有型槽的滾輪，逐步減少截面或改變長度方向的截面形狀，常用於長形鍛件，例如軸類、連桿毛胚等。其主要特徵是沿長度方向成形，不適合製作圓球形粗胚。

核心觀念

高能率成形法（High Energy Rate Forming, HERF）是利用短時間內釋放的高能量，使工件在高速、高應變率下產生塑性變形的加工方法。常見方式包括爆炸成形、電液壓成形與磁力成形。

判斷本題的重點，是區分「以高能量脈衝使工件高速變形」的成形法，與「以沖頭施力進行擠製」的傳統塑性加工法。

解題方法

逐一辨認各選項的主要能量來源與加工機制：若主要依靠爆炸、電能放電造成的液體衝擊波，或電磁力瞬間推動工件，即屬典型高能率成形法；若主要是沖頭對坯料施加機械力，使材料流動並形成所需形狀，則不屬於典型 HERF。

選項分析

(A) 爆炸成形（Explosive Forming）—錯誤選項

利用炸藥爆炸產生的衝擊波，使板材或管材高速變形並貼合模具，是典型的高能率成形法。

核心觀念

本題考薄板引伸成形（Drawing）時，胚料在模具作用下的應力狀態。以圓筒件的深引伸為例，板料由凸緣區流入模穴，主要承受：

• 徑向（直徑方向）拉應力：材料朝模穴中心移動，沿徑向受到拉伸。
• 圓周方向壓應力：凸緣外緣向內收縮，圓周長減少，因此產生圓周壓縮。

因此，徑向受引張、圓周方向受壓縮。

解題方法

判斷材料流動方向與尺寸變化：引伸時，凸緣材料往中心流動，徑向尺寸被拉長；同時其圓周尺寸因半徑縮小而縮短。徑向拉伸對應引張應力，圓周縮短對應壓縮應力，故選 B。

選項分析

核心觀念

本題考熱作加工法的加工方式與適用產品形狀。題幹的關鍵在「僅可製作斷面均一的長條狀製品」：這是擠製的典型特徵。材料受壓通過模具開口，成品沿擠製方向延伸，並呈現與模孔相對應的固定斷面。

解題方法

先看各加工法如何使材料變形，再對照它們能製成的產品形狀：

• 若材料通過模孔，沿一個方向連續延伸，適合製作長度較長、斷面固定的產品，判斷為擠製。
• 若材料受輥輪壓縮、鍛錘或模具打擊，或在芯模上旋轉成形，則產品形狀不只限於均一斷面的長條。

因此，符合題幹描述的是選項（C）。

選項分析

• (A) 鍛造（Forging）：錯誤。 鍛造利用壓力或衝擊力使金屬產生塑性變形，可製成軸、齒輪胚及各種形狀的鍛件；產品不限定為斷面均一的長條狀。

核心觀念

銲接可依接合時是否施加外力分類為熔接與壓接。熔接是使母材局部熔化後接合；壓接則是在加熱或其他作用下，對工件施加壓力，使接合面緊密結合。判斷本題的關鍵，是辨認各銲接法的接合機制。

解題方法

逐項判斷是否以壓力促成接合：

• 軟銲與硬銲是以熔化填料填入接合處，母材通常不熔化，屬於釬焊類。
• 閃光銲接以電阻熱加熱接合端面，再施加頂鍛壓力完成接合，屬壓接。
• 原子氫銲接以電弧熱熔化接合處，屬熔接。

選項分析

(A) 軟銲（Soldering）：錯誤。 使用熔點較低的填料熔化後潤濕並填入接合間隙，母材不熔化；接合主要靠填料作用，不以施加壓力形成接頭。

核心觀念

本題考查銲接方法依「能量來源」分類。鑞接是以外加熱源熔化填料，使填料潤濕並流入接合間隙；母材本身不熔化，冷卻後形成接合。題目官方答案將鑞接歸為「結晶能銲法」。

解題方法

先辨認題目問的是能量分類，而非鑞接的操作原理。依本題採用的分類，鑞接所屬類別為結晶能銲法，因此選 D。

選項分析

核心觀念

本題考交流電銲機與直流電銲機在電弧特性及適用場合上的差異，以及直流銲接的極性名稱。

交流電銲機的電流方向會週期性改變，電弧不易長時間偏向一側，因此較不易發生偏弧。直流電銲機電流方向固定，若受磁場或工件形狀影響，較容易產生偏弧。

直流電銲的極性則依電極與工件的接法判定：

• 直流正極性（DCSP）：電極接負極、工件接正極。
• 直流反極性（DCRP）：電極接正極、工件接負極。

解題方法

先比較交流與直流電銲機的電弧特性：交流電流方向交替，能減少電弧持續偏向同一方向的情形，因此「交流較不易生偏弧」正確。再核對直流極性的定義，可判斷選項 D 把 DCSP 的接法說反了。

選項分析

核心觀念

本題考查手工電弧銲時，銲條直徑的選用。銲條粗細須配合母材厚度、接頭形狀、銲接位置與銲道層次：厚板及平銲的填充量較大，通常可採較粗銲條；橫銲、仰銲時，熔池較難控制，通常採較細銲條，以降低熔滴下垂或熔融金屬流淌的情形。

解題方法

先判斷各敘述是否符合銲接位置與銲道層次的選條原則。題目中「不論底部或表面覆層，均宜用粗徑銲條」把 V 槽對接銲道的不同層次一概而論；底層與覆層的銲接需求不同，因此這項說法錯誤。

選項分析

核心觀念

本題考手工電弧銲（SMAW）時，銲接電流、電弧長度與熔填效率的關係。熔填速率是單位時間內熔入銲道的銲條金屬量；熔填效率則是銲條金屬實際熔入銲道的比例。電流提高通常會增加銲條熔化速率，但電弧拉得過長會使電弧不穩、熔滴飛濺增加，並不會讓熔填效率提高。

解題方法

逐項判斷電流與電弧長度對銲接狀態的影響：

• 電流增加，銲條熔化速度通常提高，熔填速率隨之增加。
• 電弧過短，銲條容易碰觸熔池而造成短路或黏著。
• 電弧過長，容易造成飛濺、銲道不穩及熔填損失，故不能說熔填效率越高。
• 手工電弧銲的電弧長度一般以接近銲條直徑作為操作準則。

選項分析

核心觀念

本題考查爆炸銲接、潛弧銲接與電熱熔渣銲接的接合特性及適用銲接位置。判斷重點是：爆炸銲接以爆炸產生的高速碰撞使材料在固態下接合；潛弧銲接與電熱熔渣銲接則各有常見的銲接位置與工件形式限制。

解題方法

逐項比對各銲接法的基本原理與典型用途：

• 爆炸銲接利用爆炸能量讓兩金屬板高速碰撞，接合時不需整體熔化母材，常用於不同金屬的覆合。
• 潛弧銲接的電弧與熔池由粒狀銲劑覆蓋，通常用於平銲位置的長直縫或圓周縫。
• 電熱熔渣銲接利用熔渣電阻熱熔化銲材與母材，主要用於厚板的立銲直線接頭。

選項分析

核心觀念

本題考查四種常見非破壞性檢測（NDI）的適用範圍，尤其要區分「表面缺陷」與「內部缺陷」，以及檢測方法對材料的限制。

• 液體滲透檢驗：利用滲透液進入工件表面開口缺陷，再顯像檢查；可用於多種材料，但只能檢出與表面相通的缺陷。
• 磁粉檢驗：利用磁化後缺陷附近的漏磁吸附磁粉；工件必須是鐵磁性材料，主要檢出表面及近表面缺陷。
• 超音波檢驗：利用超音波在材料內傳播及反射，可檢查工件內部缺陷。
• 放射線檢驗：利用射線穿透工件，依影像差異檢出工件內部缺陷。

解題方法

逐項檢查各方法的材料限制與檢測深度。題目問「何者錯誤」，其中磁粉檢驗雖然確實限於磁性材料，但一般不能用來檢查深埋於工件內部的缺陷；它主要適用於表面及近表面缺陷。因此，將磁粉檢驗說成可檢查工件內部缺陷的 (B) 錯誤。

選項分析

核心觀念

本題考查公差級數、尺寸大小與公差值的關係，以及孔與軸的偏差代號和基孔制的定義。

公差是允許尺寸變動的範圍，等於上限尺寸減去下限尺寸。公差級數以 IT 等級表示；在尺度相同時，級數數字越大，公差值越大。相同公差級數下，基本尺寸越大，公差值通常也越大。

公差帶位置則以字母表示：孔用大寫字母，軸用小寫字母。基孔制以孔為基準，孔的下限偏差為零。

解題方法

逐項核對三個判斷：

1. 比較公差級數與公差值的關係。
2. 比較基本尺寸與公差值的關係。
3. 確認孔、軸的字母代號，以及基孔制中孔的基準偏差。

其中，孔的下限偏差記為 $EI$，軸的上限偏差記為 $es$；基孔制的基準孔為 $H$，因此 $EI=0$。

選項分析

核心觀念

本題考查工件的尺度公差、幾何公差，以及量測工具的種類與選用原則。

• 尺度公差：規定工件長度、直徑等線性尺寸允許的變動範圍。
• 幾何公差：規定形狀、方向、位置或跳動等幾何特性允許的變動範圍。
• 指示量具可讀出量測值；規量量具則用來判定工件是否落在規定界限內，通常不直接讀出實際尺寸。

解題方法

逐項辨認各敘述是否符合公差與量具的基本定義。尤其要分清楚量具是用來「讀出尺寸」還是「判定合格與否」，並確認所列工具能否直接量出該幾何特性。

選項分析

(A) 尺度公差與幾何公差牴觸時，幾何公差優先：正確。 尺度公差管尺寸大小，幾何公差管形狀、方向、位置等幾何特性；兩者同時標註時，須分別符合各自的要求。依本題採用的製圖與公差判讀慣例，若兩種要求發生牴觸，以幾何公差要求優先，因此本項為正確敘述。

核心觀念

本題考查切削時「刀口積屑」（積屑瘤，built-up edge）的形成條件。切屑材料在刀具前刀面受高壓擠壓並摩擦，若材料容易塑性變形、刀屑間摩擦較大，材料便容易黏附在刀口附近，逐漸堆積成積屑瘤。

積屑瘤常見於延展性較高的工件材料、較大的刀屑摩擦，以及適中的切削速度。積屑瘤會改變刀具實際切削角，造成加工表面粗糙、尺寸精度降低；積屑瘤週期性脫落時，也可能刮傷工件表面。

解題方法

判斷各選項是否促進刀屑材料黏著、堆積即可。延展性高的材料容易產生塑性變形並黏附於刀具；刀屑摩擦大則更有利於材料停留在刀口形成積屑瘤。相反地，提高切削速度、使用切削劑或採用銳利刀口，通常會減少積屑瘤的形成。

選項分析

核心觀念

泰勒刀具壽命公式描述切削速度 $V$ 與刀具壽命 $T$ 的關係：

$VT^n=C$

其中 $n$ 為刀具壽命指數，$C$ 為與刀具、工件材料及切削條件有關的常數。切削速度提高時，刀具壽命會縮短。

解題方法

將公式取對數：

$\log V+n\log T=\log C$

整理得：

$\log T=\frac{\log C}{n}-\frac{1}{n}\log V$

這是直線形式 $y=a+bx$。因此，當刀具壽命 $T$ 與切削速度 $V$ 都採對數尺度時，圖形呈一直線，斜率為 $-\frac{1}{n}$。

選項分析

核心觀念

群組技術（Group Technology, GT）是將具有相似設計特徵或加工特徵的零件歸為零件族，再依零件族安排製程、設備或生產單元。零件分類常考量的特徵包括幾何形狀、尺寸、加工方法與所需製程；題目問的是最能代表群組技術的分類依據。

解題方法

先辨認群組技術的核心：把「相似零件」分類成族群，以利標準化設計、重複使用製程，以及規劃生產單元。四個選項中，幾何外形相似性是最具代表性的零件分類依據，因此選 B。

選項分析

• (A) 依功能特性相似性分類：錯誤。 零件功能相似不表示其形狀或加工方法相近，例如功能相同的零件可能有不同構造與製程，不是群組技術最具代表性的分類基準。

核心觀念

切削時，機械能主要轉化為熱，熱源集中在三個區域：材料剪切變形形成切屑的第一剪切區、切屑與刀具前刀面的摩擦區，以及工件與刀具後刀面的摩擦區。切削熱會影響刀具壽命、工件尺寸精度與加工表面品質。

解題方法

本題問「何者錯誤」，可從切削熱的來源與刀具材料選用原則判斷。切削熱主要由剪切變形與摩擦產生；降低切削溫度，通常須減少摩擦與材料黏著，因此刀具材料應避免與工件有過大的親和力。

選項分析

(A) 正確。 剪切面上的塑性變形是主要熱源之一，所生熱量通常多於切屑與刀具前刀面、工件與刀具後刀面摩擦所生的熱。

核心觀念

本題考查數值控制加工中的適應控制（Adaptive Control, AC）。適應控制會在加工過程中，利用感測器量測切削力、切削溫度、刀具磨耗或表面粗糙度等狀態，再依據量測結果調整主軸轉速、進給率或切削深度，使加工狀態維持在設定的最佳條件。

解題方法

先看題幹描述的控制流程：感測加工狀態 → 比較或判斷加工狀況 → 調整加工參數。控制器會依加工中的實際回饋動態改變參數，因此屬於適應控制。題幹所列的感測值是加工狀態資訊，轉速、進給及切削深度則是可調整的控制參數。

選項分析

• **(A) 追蹤控制（Tracking Control）錯誤。**追蹤控制的重點是讓輸出跟隨預先設定的目標或參考訊號，例如讓刀具依指定軌跡移動；題幹則強調依加工狀態回饋調整切削參數。
• **(B) 數值控制（Numerical Control）錯誤。

核心觀念

本題考查鋁合金的「調質標記」（temper designation）。鋁合金牌號中的四位數表示合金系列與成分分類；其後的英文字母及數字則表示材料經過的加工或熱處理狀態。T 是調質代號，表示材料經過熱處理以取得穩定的調質狀態。

解題方法

辨認 2024-T3 時，先將牌號分成兩部分：2024 是鋁合金牌號，T3 是調質標記。依鋁合金代號，T 代表經熱處理形成的調質狀態；題目選項以「回火處理」對應此代號，因此選 (B)。

嚴格而言，鋁合金的 T 不等同於鋼材的回火處理；2024-T3 的完整處理狀態是固溶熱處理後加工硬化，再自然時效。此題依官方答案採用選項中的「回火處理」作答，兩者術語有差異。

選項分析

核心觀念

本題考查各種硬度試驗的壓印頭形狀與適用範圍。勃氏硬度試驗使用硬質合金圓球壓入試件，常用於低至中等硬度的金屬，也可用於部分非金屬材料。

解題方法

看到「圓球壓印頭」即可判斷為勃氏硬度試驗。其測量概念是以規定的試驗力將圓球壓入材料，再依壓痕尺寸評定硬度；壓痕直徑可反映材料抵抗塑性變形的能力。

選項分析

核心觀念

霧化法是將熔融金屬液流以高速流體衝擊、打散成細小液滴，再冷卻凝固成金屬粉末。霧化介質常見為氣體或水；介質種類與霧化條件會影響粉末的形狀與粒徑。一般而言，氣體霧化所得粉末較接近球狀，水霧化所得粉末則較不規則。

解題方法

逐項檢視霧化介質與粉末特性的敘述。關鍵在於辨認氣體霧化使用的氣體種類：工業上常用氮氣、氬氣等惰性氣體，或其他適用氣體；以氧氣作為霧化氣體會使金屬容易氧化，並非此處所述的典型氣體霧化方式。

選項分析

核心觀念

本題考查延性材料在拉伸試驗中的工程應力－應變曲線，以及彈性變形、塑性變形、應變硬化與頸縮的關係。

工程應力與工程應變分別定義為：

其中 $F$ 為拉伸負荷，$A_0$ 為試片原始截面積，$L_0$ 為原始標距長度。彈性區內，應力與應變近似符合胡克定律；材料降伏後則進入塑性變形，並可用應變硬化關係描述其部分區段。頸縮通常在工程應力達到最大值時開始，並非在降伏點開始。

解題方法

逐一檢視各選項的應力－應變關係與材料變形階段。關鍵是分清楚兩個特徵點：

• 降伏點：材料由主要為彈性變形轉入塑性變形。
• 頸縮開始點：拉伸負荷達到最大值後，試片局部截面開始快速縮小；在工程應力－應變曲線上，通常對應曲線的最大工程應力點。

兩者代表不同的變形階段，因此把降伏點說成頸縮開始點的選項錯誤。

選項分析

核心觀念

本題考查金屬材料的塑性加工方法及其典型應用。圖中為鐵路鋼軌，鋼軌具有固定且連續的工字形截面，通常以鋼胚加熱後，經多道次輥輪逐步壓延成形。

此加工方式稱為輥軋（Rolling），屬於金屬的塑性加工製程。

解題方法

判斷加工方法時，先觀察產品是否具有：

• 長條形、連續且一致的截面；
• 適合大量生產；
• 截面形狀由輥輪逐步成形。

鋼軌全長具有連續的軌頭、軌腰與軌底截面，適合使用具有特定凹槽形狀的軋輥進行熱軋。因此本題選擇輥軋。

選項分析

(A) 鍛造（Forging）錯誤。 鍛造是利用壓力或衝擊力，使金屬在模具或工具作用下產生塑性變形，常用於齒輪、連桿、軸類等零件。鋼軌屬於長尺寸、連續截面產品，主要不是以單件鍛造方式製造。

核心觀念

本題考查軌道車輪的製造流程，以及金屬加工方法的適用性。

軌道車輪通常由鋼材經過材料製備、塑性加工及機械加工完成，主要涉及：

• 鑄造：將熔融金屬澆注成鋼錠或胚料。
• 輥軋：利用旋轉輥輪施加壓力，使金屬產生塑性變形，形成車輪輪廓。
• 切削：以車削、銑削等方法加工輪緣、踏面、輪轂及孔部，使尺寸與精度符合要求。
• 擠製：使金屬胚料通過模具孔口成形，適合製造長條、管材或具有固定截面的產品。

解題方法

判斷各加工法是否適合軌道車輪的製造即可。軌道車輪屬於大型、高強度的旋轉部件，製造時須兼顧材料組織、強度、耐磨性與尺寸精度。

其典型製程可概念化為：

車輪是圓盤狀且具有輪緣、輪轂等複雜輪廓，並非長條固定截面的製品，因此不適合以擠製作為主要加工方法。故非其加工方法者為 擠製。

選項分析

(A) 鑄造：正確

鋼材可先經熔煉及鑄造形成鋼錠、鋼胚或其他初始材料，作為後續塑性加工的原料。鑄造屬於車輪製造流程中的材料製備方法，因此不是本題所問的錯誤選項。

核心觀念

線切割放電加工（Wire EDM）利用連續移動的細金屬線作為電極，與導電工件之間產生脈衝放電，使工件局部熔化、汽化而逐步切除材料。加工時，介電液可冷卻加工區並沖走切屑；加工速度則受放電電壓、電流、脈衝條件及材料等因素影響。

線切割適合加工導電材料，常用於精密切割與複雜輪廓加工。它並非適用於所有工程材料，例如絕緣材料無法直接以一般線切割放電加工。

解題方法

逐項核對線切割的電極材料、加工參數、介電液功能與適用材料。題目問「何者錯誤」，其中 (D) 將適用範圍寫成廣泛的「工程材料」，未限定材料須具導電性，與放電加工的基本限制不符，因此為錯誤選項。

選項分析

核心觀念

本題比較電子束加工（Electron Beam Machining, EBM）與雷射束加工（Laser Beam Machining, LBM）的材料移除方式、加工環境與適用範圍。兩者都以高能量束流集中於工件局部，使材料迅速升溫，主要藉熔化、汽化移除材料；但電子束須在真空環境中進行，雷射加工則可在大氣或輔助氣體環境中進行。

解題方法

抓住兩種加工的關鍵差異：電子束在真空中以高速電子撞擊工件；雷射束則以聚焦光束將能量傳至工件。再檢查各選項描述是否符合各自的加工環境與用途。題幹已指定官方答案為 B，判斷重點是選項把惰性氣體輔助移除熔料的做法同時套用在兩種加工上。

選項分析

核心觀念

本題考查鈑金 V 型折彎的「回彈」（springback）。金屬板材受沖頭與模具作用而彎曲時，變形區同時會產生塑性變形與彈性變形。沖頭卸載後，塑性變形保留下來，彈性變形則部分恢復，使工件彎曲角度變大、彎曲程度減少，這種卸載後的形狀恢復即為回彈。

解題方法

判斷回彈的主因，抓住「卸載後彈性變形恢復」即可。沖頭施力時，材料先彎曲；沖頭力釋放後，折彎區仍具有彈性，因此會稍微恢復原狀。故應選描述卸載後彈性恢復的選項。

選項分析

• (A) V 型折彎角度的半徑小於材料的厚度：錯誤。 彎曲半徑與板厚的比例會影響彎曲變形、成形品質及回彈程度，但「半徑小於材料厚度」不是回彈產生的主因。

核心觀念

本題考查壓鑄中熱室與冷室機的熔湯位置、注射方式，以及適用金屬種類。熱室機的注射機構浸在熔湯中，因此適用熔點較低、對機件腐蝕性較小的合金；冷室機的熔湯在機器外熔化，再舀入注射筒，適用熔點較高或會侵蝕熱室機構的合金。

解題方法

先比較兩種壓鑄機的熔湯位置與注射機構，再判斷各選項是否符合製程特性。辨認適用材料時，記住：低熔點合金多用熱室，高熔點或具腐蝕性的合金多用冷室。

選項分析

(A) 正確。 熱室壓鑄機的熔爐與注射機構相連，金屬在機器內加熱熔化；冷室壓鑄機則先在機外熔化，再將熔湯舀入注射筒。

核心觀念

本題考查高分子材料的成形方法及其適用產品：

• 射出成形（Injection Molding）：將熔融塑膠以高壓注入模具，冷卻後取出成品，適合製造形狀複雜、尺寸精度較高且可大量生產的塑膠製品。
• 吹塑成形（Blow Molding）：利用壓縮空氣將中空的熔融塑膠型胚吹脹貼合模壁，主要製造瓶罐等中空容器。
• 真空熱成形（Vacuum Thermoforming）：將塑膠薄板加熱軟化，再利用真空吸附於模具表面，適合薄壁、片狀或大型外殼製品。
• 發泡成形（Foam Molding）：使塑膠內形成大量氣泡，以降低密度並增加緩衝、隔熱性能，常用於泡棉、墊材及保溫材料。

解題方法

圖示為捷運使用的塑膠座椅，椅面與椅背形成一體化的曲面構造，具有固定外形、一定強度及可重複大量製造的特性。

此類座椅通常以塑膠粒料加熱熔融後，利用高壓注入具有椅面與椅背形狀的模具中，冷卻後脫模。因此，其適用的主要加工方法為射出成形。

判斷重點是：座椅屬於具有固定立體外形的厚壁或結構性塑膠製品，不是中空容器、薄板吸塑外殼，也不是以泡棉為主體的緩衝材料。

選項分析

(A) 射出成形：正確

核心觀念

本題比較鍛造與數值工具機切削製作相同零件時的優勢。鍛造是利用壓力使金屬產生塑性變形的成形加工；切削加工則以去除材料的方式取得所需形狀。鍛造可使金屬纖維流線順著零件形狀分布，並改善內部組織，因此鍛件通常具有較佳的強度、韌性與疲勞性能。

解題方法

判斷兩種加工法的差異，著眼於材料成形後的組織與材料利用方式。鍛造使金屬在壓力下變形，纖維流線得以連續地沿零件輪廓分布；切削則會切斷原有流線。汽車零件常承受衝擊、反覆載重或高應力，因此鍛件的機械性質優勢，使鍛造廣泛用於曲軸、連桿、齒輪等零件。

選項分析

• (A) 錯誤。 鍛造適合大量生產形狀固定的零件，但幾何複雜的零件通常需要多道次成形、模具設計或後續加工，不能概括說一道次即可完成。
• **(B) 錯誤。

核心觀念

本題考查薄壁管材的局部成形方法選擇。原始材料為：

• 壁厚：$1\ \mathrm{mm}$
• 長度：$50\ \mathrm{mm}$
• 外直徑：$18\ \mathrm{mm}$

加工後需在管外形成局部的半圓環凸起，半圓環半徑為 $3\ \mathrm{mm}$。這屬於「薄壁管材的局部凸緣／凸環成形」，重點在於：

1. 不宜切削大量材料；
2. 需要使管壁產生局部塑性變形；
3. 成形形狀為局部環狀凸起，而非整支管彎曲；
4. 薄壁管適合採用高速、局部加壓的特殊成形法。

解題方法

電磁成形利用線圈通入瞬間高電流，在導電管材內產生感應電流。線圈磁場與管材感應電流之間產生電磁力，使管壁受到高速徑向壓力或拉力，迫使管材貼合模具形狀。

本題若配合具有環狀凹槽的模具，薄壁直管可在局部位置被推入或擴張至模具型腔，形成外部半圓環凸起。其成形特性符合本題需求：

• 可對管材進行局部成形；
• 適合薄壁管；
• 成形速度快；
• 不需切削材料，材料利用率高；
• 可形成一般機械加工不易快速製造的環狀凸起。

因此最適合的方法為電磁成形。

選項分析

(A) 電磁成形：正確

核心觀念

本題考查拉伸試驗中「工程應力－應變曲線」與「真實應力－應變曲線」的差異。

工程應力與工程應變定義為：

其中 $P$ 為拉伸荷重，$A_0$ 為試片原始截面積，$L_0$ 為原始標距長度。

真實應力與真實應變則使用試驗過程中的即時尺寸：

其中 $A$ 為試片變形當下的瞬時截面積。

解題方法

拉伸試驗過程中，試片受到拉伸後截面積會逐漸縮小。因此：

在相同荷重 $P$ 下：

所以真實應力通常高於工程應力。

在材料進入頸縮前，試片變形較均勻，兩種曲線相當接近。進入頸縮後，試片局部截面積快速縮小，工程應力仍以原始截面積 $A_0$ 計算，曲線會在極限抗拉強度後下降；真實應力則以縮小後的瞬時截面積計算，通常仍會持續上升。

因此圖中曲線：