112 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

正交切削模型（orthogonal cutting model）將切削簡化為刀刃垂直於切削速度方向的平面切削。此模型中的切屑寬度，對應工件上實際參與切削的寬度；在車削中，這個寬度由切削深度決定。

解題方法

車削的進給方向與切削速度方向不同：

• 切削速度描述刀具與工件的相對運動快慢。
• 進給描述刀具每轉的移動距離。
• 切削深度決定刀具切入工件的徑向深度，也就是正交切削模型所取的切屑寬度。

因此，題目問切屑寬度對應哪一項加工參數，應選切削深度。

選項分析

核心觀念

粗切削（roughing cut）的主要目的，是在較短時間內大量去除工件多餘材料，為後續精切削留下加工餘量。因此通常採用較大的切削深度與進給量，材料去除率也較大；精切削則著重尺寸精度與表面品質。

車削時，材料去除率可用下式估算：

在切削速度相近時，切削深度與進給量增加，通常會使材料去除率提高。

解題方法

抓住粗切削的目的「快速、大量去除材料」，逐項比對切削參數與材料去除率的大小。粗切削完成後，工件表面會保留少量材料，供精切削修整尺寸與表面。

核心觀念

金屬切削時，刀具與工件接觸區會因塑性變形、摩擦及切屑形成而產生高溫。刀具材料必須在高溫下仍能維持足夠硬度與耐磨性，避免刀刃軟化、磨耗或變形；這種在高溫下保持硬度的能力稱為熱硬度（hot hardness）。

解題方法

先抓題幹中的「刀具材料所需的性質」，再判斷哪個選項直接對應切削區的高溫環境。切削刀具的重要要求包括高硬度、耐磨性、熱硬度、足夠韌性及抗熱衝擊能力。其中，題目詢問的關鍵性質是高溫下仍能保持硬度，因此選熱硬度。

選項分析

• (A) 具有高延展性（ductility）：錯誤。 延展性表示材料受力後能產生塑性變形而不破裂。刀具需要一定韌性以避免崩刃，但高延展性不是主要要求；切削刃若容易塑性變形，反而不利於維持刃口形狀。
• **(B) 具有高熱硬度（hot hardness）：正確。

核心觀念

正交切削時，材料在刀尖前方的第一剪切區發生塑性變形，形成切屑；切屑沿刀具前刀面流動時，則在切屑與刀具接觸面附近形成第二剪切區。此區的主要作用力是切屑與前刀面之間的摩擦力。

須區分兩組力：

• 刀具與切屑接觸面上的力：摩擦力，以及垂直於接觸面的正向力。
• 切削力與推力：依工件加工方向與垂直方向分解的外部合力分量。

解題方法

題目問的是「第二剪切區所產生的力」，關鍵在於定位第二剪切區：它位於切屑與刀具接觸面。切屑相對前刀面滑動，接觸面上因此產生摩擦力；剪力則主要用來描述材料在第一剪切區內沿剪切面發生塑性變形時的作用。

選項分析

核心觀念

切削劑（coolant，又稱切削液）在金屬切削時主要發揮潤滑、冷卻、沖屑等作用。潤滑可減少切屑與刀具、工件與刀具間的摩擦；冷卻可帶走切削熱，降低工件與刀具的溫升。這有助於減少熱變形、改善加工精度，並延緩刀具磨耗、延長刀具壽命。

解題方法

逐項判斷各敘述是否符合切削劑的作用。題目問「何者錯誤」，找出與切削劑效益相反的敘述即可：若切削劑能潤滑、冷卻並降低刀具磨耗，就不會以「降低刀具壽命」為功能。

選項分析

核心觀念

端銑的進給率（feedrate）是刀具相對於工件每單位時間的移動距離。每齒進給量（feed per tooth，$f_z$）是刀具每轉一齒所對應的進給距離；若主軸轉速為 $N$（轉／分）、刀具齒數為 $z$，則每分鐘切削的齒數為 $N z$。

因此，進給率 $F$ 為：

解題方法

題目中的「進給」指每齒進給量。刀具每轉一圈，$z$ 個刀齒各切削一次，工件便前進 $f_z z$；主軸每分鐘轉 $N$ 圈，所以：

進給率的單位可寫為長度／分鐘，例如 $\text{mm/min}$。切削速度是刀具外圓的線速度，通常用來計算主軸轉速；已知主軸轉速時，計算進給率不需再乘切削速度。

選項分析

核心觀念

車削的材料去除率（material removal rate，$MRR$）是單位時間內移除的材料體積。車削時，切削區域的截面積約為進給量乘以切削深度，因此：

其中 $f$ 為每轉進給量、$d$ 為切削深度、$V$ 為切削速度。若進給量以每轉長度表示、切削速度以每分鐘長度表示，則 $MRR$ 的單位為體積／時間。

解題方法

直接套用車削材料去除率公式：每轉工件前進 $f$，刀具切入深度為 $d$，兩者形成每轉移除的截面積 $f d$；再乘上每分鐘切過的長度 $V$，即得每分鐘移除的體積：

因此應選擇「進給 × 切削深度 × 切削速度」。

選項分析

核心觀念

比切削能是移除單位體積工件材料所需的能量。磨削時，單位時間的材料移除量可寫成工件速度、切削寬度與切削深度的乘積，因此題目所列關係可表示為：

其中 $F_t$ 為切削力、$v_s$ 為磨輪速率、$v_w$ 為工件速度、$b$ 為切削寬度、$d$ 為切削深度。磨削的比切削能通常遠高於傳統切削，常見原因包括切屑極薄造成的尺寸效應、磨粒負傾角造成的高剪切變形，以及部分磨粒未能有效切屑而產生犁削或摩擦。

解題方法

逐項判斷選項是否屬於「磨削比切削能偏高」的典型原因。若選項描述的是磨削中常見的尺寸效應、磨粒幾何造成的切削困難，或未有效切削所造成的能量損耗，即屬於原因；若描述的是砂輪磨耗或自銳現象，則不是此題所指的主要原因。

選項分析

核心觀念

本題考查銑削的進給方向、切削特性，以及常見銑削方式的名稱。順銑與向上銑削的差異，在於工件進給方向相對於銑刀切削點的旋轉方向；騎銑則是用兩把面銑刀同時加工兩個平行面。

解題方法

逐項核對銑削術語的定義。順銑時，工件進給方向與銑刀在切削處的圓周速度方向相同；向上銑削時，兩者方向相反。銑床螺桿與螺帽的背隙會影響順銑時的工作安全與精度，因此須有消除背隙的裝置。

選項分析

• (A) 正確。 順銑時，銑刀切削力可能帶動工作台沿進給方向移動；若進給螺桿與螺帽有背隙，工作台容易突然竄動。因此順銑機床應具備消除背隙裝置。
• **(B) 正確。

核心觀念

本題考查銑削時由切削速度換算主軸轉速。切削速度 $V$、刀具直徑 $D$ 與主軸轉速 $N$ 的關係為：

其中 $V$ 以 $\mathrm{m/min}$ 計、$D$ 以 $\mathrm{mm}$ 計、$N$ 以 $\mathrm{rpm}$ 計。整理可得：

刀具刃數會用於計算每刃進給量或進給速度，不影響本題的主軸轉速換算。

解題方法

題目給定端銑刀直徑 $D=12\ \mathrm{mm}$、切削速度 $V=105\ \mathrm{m/s}$。公式中的切削速度單位是 $\mathrm{m/min}$，先換算：

代入公式：

因此，若照題目所列的 $105\ \mathrm{m/s}$ 計算，主軸轉速約為 $167112\ \mathrm{rpm}$，不符合任何選項。

選項中的轉速約為 $2785\ \mathrm{rpm}$ 時，對應的切削速度為：

核心觀念

本題考查銑削時的每刃進給量，也就是每一刃切削期間，工件相對於銑刀前進的距離。題目所稱「每刃的切屑厚度」以每刃進給量估算，公式為：

其中 $f_z$ 為每刃進給量（mm/刃）、$F$ 為進給速度（mm/min）、$n$ 為主軸轉速（r/min）、$z$ 為刀具刃數。

解題方法

由程式指令可知，S2800 表示主軸轉速為 $2800\ \mathrm{r/min}$；M03 表示主軸正轉。G01 F760 表示以直線進給方式切削，進給速度為 $760\ \mathrm{mm/min}$。端銑刀有 3 刃，因此：

約為 $0.09\ \mathrm{mm/刃}$。

選項分析

核心觀念

五軸加工機的軸向代號中，$X$、$Y$、$Z$ 表示三個直線軸；$A$、$B$、$C$ 分別表示繞 $X$、$Y$、$Z$ 軸旋轉的旋轉軸。因此：

• $B$ 軸：繞 $Y$ 軸旋轉。
• $C$ 軸：繞 $Z$ 軸旋轉。
• 繞 $X$ 軸旋轉則應為 $A$ 軸。

旋轉軸配置在工作台側或主軸側，會分別改變工件或刀具的姿態；但軸代號所代表的旋轉方向不變。

解題方法

先將機型規格「XYZBC」拆成三個直線軸 $X、Y、Z$，以及兩個旋轉軸 $B、C$。再依旋轉軸代號判斷它們各自繞哪個方向：$B$ 對應 $Y$，$C$ 對應 $Z$。題目沒有列出 $A$ 軸，因此不能把刀具或工件的旋轉描述成繞 $X$ 軸。

選項分析

核心觀念

本題測驗《機械製造學》中金屬切削液（Cutting Fluids）的功能、切削力學效應與施加方式：

1. 切削液之兩大機能：潤滑（減少摩擦、抑制積刃刀口/積屑瘤形成、降低扭矩）與冷卻（帶走熱量、防止熱變形）。
2. 麥欽特（Merchant）切削力學關係：摩擦角 $\beta$ 與剪切角 $\phi$ 的消長關係： $\phi = 45^\circ + \frac{\alpha}{2} - \frac{\beta}{2}$ 其中 $\alpha$ 為刀具前角（rake angle），$\beta$ 為摩擦角（friction angle），$\phi$ 為剪切角（shear angle）。
3. 切削液的供給方式（Application Methods）：

• 氾流法（Flooding）：以低壓、大流量的連續流體直接澆灌在切削區。
• 噴霧法（Mist application）：利用加壓空氣攜帶霧化液滴噴向切削區。

4. 乾切削（Dry Machining）特點：在無冷卻液輔助時，需藉由調降切削速度以抑制切削熱累積。

解題方法

本題為純觀念與名詞定義辨析題，解題切入點如下：

1. 名詞定義比對：檢驗切削液施加法中「氾流法」與「噴霧法」的機制差異。
2. 切削力學理論推導：檢視切削液潤滑效應對摩擦角、剪切角以及熱量生成的影響。
3. 加工參數判斷：檢視乾切削在未採用特殊高溫塗層刀具時，控制熱量與維持刀具壽命的常規操作手段。

選項分析

• (A) 正確： 切削液具備極佳的潤滑作用，能滲入刀具面與切屑之摩擦界面，降低摩擦係數，有效減少切屑黏結於刀尖所形成之「積刃刀口」（Built-up Edge, BUE，又稱積屑瘤）。同時，摩擦阻力的下降直接減少了切削抗力，進而降低施加在旋轉刀具或主軸上的扭矩。

核心觀念

本題考查切削加工時刀具的磨損機制。刀具與切屑、工件在高溫及高接觸壓力下相對滑動，會因摩擦、材料轉移或表面受力而逐漸磨損。常見機制包括磨蝕磨損、黏附磨損、擴散磨損，以及高溫氧化磨損。

解題方法

逐一判斷選項是否屬於切削刀具常見磨損機制。前三項都是切削界面中常見的磨損機制；疲勞磨損雖然是一般材料的磨損形式，但不是本題所問刀具與切屑或工件間易產生的典型磨損機制，因此選出 (D)。

選項分析

• (A) 磨蝕磨損（abrasion wear）：正確。切屑或工件中的硬質粒子、硬化表面，會刮削刀具表面，造成磨粒刮痕及材料移除。
• (B) 黏附磨損（adhesion wear）：正確。

核心觀念

本題考查鑄造模具是否會在取出鑄件時被破壞。消耗性模具鑄造以砂模、石膏模或陶瓷模等一次性模具成形，取出鑄件時須破壞模具；永久模具鑄造則使用可重複使用的金屬模具。

解題方法

逐一辨認各製程的模具類型：若鑄件須由一次性模具取出，即屬消耗性模具鑄造；若使用可重複使用的金屬模具，則屬永久模具鑄造。

選項分析

• (A) 壓鑄鑄造（die casting）：以金屬模具將熔融金屬壓入型腔，模具可重複使用，屬永久模具鑄造。

核心觀念

冷接（cold shut）是兩股或多股金屬液流在模穴中相遇時，因溫度已降低、流動能力不足，或流動狀態不佳，未能充分熔合而留下接合痕或縫隙的缺陷。常見成因包括鑄件流動性不足、澆鑄溫度過低、澆鑄速度過慢，以及模穴截面太薄而使金屬液容易冷卻。

解題方法

判斷各選項是否會讓金屬液在會合前降溫或減緩流動，進而不易融合。關鍵是分清「澆鑄速度太慢」與「澆鑄速度太快」：流速太慢容易使金屬液冷卻、前緣結皮，增加冷接；流速太快則不是冷接的典型原因。

選項分析

核心觀念

砂模鑄造的鑄件凝固時，金屬由液態轉為固態會產生體積收縮。若熱點（厚大、散熱較慢的部位）最後凝固，周圍已凝固的金屬便無法充分補充其收縮體積，容易形成收縮孔。

防止收縮孔的要點是讓液態金屬持續補入尚未凝固的熱點，並使凝固由鑄件本體朝冒口方向進行，形成定向凝固。

解題方法

先辨認題目所問的是「防止凝固收縮缺陷」，而不是改善金屬液流動性或砂模排氣。對付熱點收縮，常用做法是在熱點設置冒口，並以保溫套管減緩冒口散熱，使冒口比鑄件熱點更晚凝固，持續提供補縮金屬。

選項分析

• (A) 錯誤。 砂心可用來形成內部空腔或調整局部形狀，但使鑄件厚度均勻、各部同時凝固並非防止收縮孔的主要原則。鑄造設計通常希望建立由鑄件向冒口逐步凝固的順序，以利補縮。
• **(B) 正確。

核心觀念

本題比較砂模鑄造與壓鑄鑄造的模具、量產效率、尺寸精度及適用金屬。

砂模鑄造以砂製作鑄模，澆鑄後砂模通常破壞，須重新造模；壓鑄則以金屬模具在高壓下將熔融金屬充填入模，金屬模可重複使用，適合大量生產，通常也能取得較佳的尺寸精度與表面品質。

解題方法

逐項比對兩種製程的典型特性：

• 若描述可重複使用的金屬模、較高生產率或較佳尺寸精度，通常對應壓鑄。
• 若描述可製作較高熔點金屬的鑄件，通常對應砂模鑄造，因砂模較能承受高溫；壓鑄的金屬模具受到耐熱與熱疲勞限制，常用於熔點較低的合金。

選項分析

(A) 壓鑄鑄造模具可重複使用：正確。 壓鑄使用金屬模具，模具壽命內可重複生產許多鑄件，與每次澆鑄後通常須破壞砂模的砂模鑄造不同。

核心觀念

本題考查鑄造法的適用材料、生產數量與鑄件特徵。ADC12 是鋁合金壓鑄常用材料；壓鑄法可將熔融金屬在壓力下高速射入金屬模具，適合大量生產壁薄、形狀複雜且尺寸一致的零件。

解題方法

先由題目條件判斷：

1. 材料是 ADC12：屬鋁合金，適合採用壓鑄。
2. 大量生產：壓鑄使用可重複使用的金屬模具，生產效率高，適合大量且重複製造。
3. 壁薄、形狀複雜：熔湯在壓力下快速充填模穴，有利於成形薄壁與細部輪廓。

三項條件都指向壓鑄法。

選項分析

• (A) 真空造模法（vacuum molding）：以真空吸附乾砂，使砂模維持形狀，屬砂模鑄造方式。適用於特定砂模鑄造需求，但不如壓鑄適合 ADC12 薄壁零件的大量生產。

核心觀念

冒口是鑄造時的金屬液儲存庫，用來補充鑄件凝固收縮所需的金屬液。冒口設計須配合鑄件的凝固順序，使冒口比鑄件較晚凝固，並保持通往待補縮部位的液態金屬通道。

鑄件靠近模壁或外緣處散熱較快，稱為邊緣冷卻效果（端部效應）。適當利用這種冷卻效果，可使鑄件凝固由邊緣朝較熱部位推進；在符合鑄件形狀與補縮條件時，可不設冒口。

解題方法

逐項比對冒口的種類、鑄件的凝固與補縮原理，以及冒口形狀對冷卻的影響。關鍵在於辨認：冒口需要保留較多熱量、較晚凝固；金屬液先流經冒口再進入鑄模穴，則是澆注系統的配置描述，並非頂冒口的定義。

選項分析

• (A) 錯誤。 題述「金屬液先經冒口再流入鑄模穴」是在描述澆注系統的流動安排，不是頂冒口的定義。冒口的主要功能是凝固過程中補充金屬液；頂冒口是設置在鑄件上方的冒口，不能僅以「位於澆道旁、金屬液先經過」來判定。

核心觀念

輥軋力（roll force）是輥輪施加在金屬板上的壓縮力。其大小主要受金屬材料的變形抗力、接觸區域大小及輥軋條件影響。平輥軋製中，輥軋力可概略表示為：

其中 $\bar{Y}_f$ 為材料平均變形抗力，$w$ 為板寬，$L$ 為輥輪與工件的接觸長度。當壓下量為 $\Delta h$、輥輪半徑為 $R$ 時，接觸長度可近似為：

因此，增加材料變形抗力、板寬、接觸長度或壓下量，通常都會使輥軋力上升；提高輥軋溫度則會降低材料變形抗力，因而降低輥軋力。

解題方法

逐項判斷選項對輥軋力公式中材料變形抗力 $\bar{Y}_f$、板寬 $w$ 及接觸長度 $L$ 的影響。高溫輥軋可使金屬較容易塑性變形，降低平均變形抗力；其餘選項則增加變形需求或接觸區域，會提高輥軋力。

選項分析

核心觀念

本題比較熱作與冷作鍛造的加工特性。熱作是在金屬再結晶溫度以上進行塑性變形；冷作則是在再結晶溫度以下進行。熱作時材料較軟、流動應力較低，因此所需鍛造力較小，也能承受較大的變形量；但高溫氧化、熱膨脹與模具受熱磨耗，會使尺寸精度較差、模具壽命較短。

解題方法

掌握兩類加工的主要取捨即可判斷：

• 熱作：變形阻力小、可大變形、加工硬化影響較小；但表面易氧化，尺寸與表面品質較差，模具壽命較短。
• 冷作：變形阻力大、加工硬化明顯；但尺寸精度與表面品質較佳。

因此，題目詢問「何者錯誤」，找出把冷作優點誤列為熱作優點的選項。

選項分析

核心觀念

本題考查板金成形加工（Sheet Metal Forming）中的彎曲力（Bending Force）計算公式。

在機械製造工程實務與權威教科書（如 Kalpakjian 或 Groover）中，估算 V 型彎曲或邊緣彎曲所需之最大彎曲力 $F$，通常採用下列經驗公式：

$F = \frac{k \cdot UTS \cdot L \cdot t^2}{W}$

• $F$：最大彎曲力（Bending Force）
• $UTS$（或 $\sigma_u$）：材料的抗拉強度（Ultimate Tensile Strength）
• $L$：板料長度（沿彎曲軸向之彎曲長度）
• $t$：板料厚度（Sheet Thickness）
• $W$：下模開口寬度（Die Opening Dimension）
• $k$：模具形狀與摩擦係數（V 型彎曲約 $1.2 \sim 1.33$，擦拭/邊緣彎曲約 $0.3 \sim 0.4$）

解題方法

1. 變形機制分析：金屬板料在彎曲時，外側纖維承受拉應力、內側纖維承受壓應力。雖然塑性變形始於表面應力達到降伏點，但在持續彎曲過程中，塑性區貫穿整個板厚，且伴隨明顯的**加工硬化（Work Hardening）**現象。
2. 機台噸位選定基準：衝床或折床在選定噸位時，必須克服最大成形阻力。工程實務為了保守且快速估算此最大負載峰值，公式中直接引入材料的抗拉強度（UTS），而非初始降伏強度。

核心觀念

本題考查輥軋時的體積流率守恆。假設金屬可視為不可壓縮材料，且輥軋過程沒有材料損失，則平板每分鐘通過的體積不變：

平板寬度不變，因此截面積與厚度成正比，可簡化為：

解題方法

代入入口厚度 $h_1=25\ \mathrm{mm}$、入口速度 $v_1=20\ \mathrm{m/min}$，以及出口厚度 $h_2=20\ \mathrm{mm}$：

核心觀念

鍛造材料的流動應力常以經驗式表示：

其中，$\sigma$ 為流動應力，$\varepsilon$ 為應變，$\dot{\varepsilon}$ 為應變速率，$n$ 為應變硬化指數，$m$ 為應變速率敏感指數，$C$ 為材料強度係數。在應變與應變速率固定時，$C$ 反映材料抵抗塑性變形的強度；$m$ 則表示流動應力對應變速率變化的敏感程度：

提升鍛造溫度會使材料熱軟化，流動應力降低，因此 $C$ 下降。高溫下，材料的流動應力對應變速率通常更敏感，故 $m$ 上升。

解題方法

核心觀念

沖剪力等於材料的剪切強度乘上剪切面積：

沖剪圓盤時，剪切面沿圓盤周圍形成，剪切面積為「圓周長 × 板厚」：

其中 $\tau_s$ 為剪切強度、$d$ 為沖剪直徑、$t$ 為板厚。

解題方法

代入題目數值：

因為 $1\ \mathrm{MPa}=1\ \mathrm{N/mm^2}$，所以：

因此所需沖剪力約為 $468\ \mathrm{kN}$。

核心觀念

輥軋是以旋轉輥輪對金屬施壓，使工件產生塑性變形，改變厚度、截面或形狀的加工法。判斷本題需掌握輥軋力、輥輪直徑、每道次壓下量、摩擦條件，以及螺紋輥軋後的材料性質。

一般平板輥軋的輥軋力可概略表示為：

其中 $\bar{Y}_f$ 為平均變形阻力、$w$ 為工件寬度、$L$ 為輥輪與工件的接觸長度、$R$ 為輥輪半徑、$\Delta h$ 為該道次壓下量。其他條件相同時，減小輥輪半徑或壓下量，會縮短接觸長度，通常可降低輥軋力。

解題方法

先檢查各選項所述趨勢是否符合輥軋的基本原理：殘留應力與變形條件的關係、螺紋成形方式對材料纖維的影響、輥軋力與接觸長度的關係，以及溫度對摩擦的影響。本題以輥軋力的接觸長度關係判斷，(C) 符合上述公式。

選項分析

• (A) 錯誤。 小直徑輥輪或較小的每道次壓下量會縮短接觸弧，並降低輥軋力；但不能據此推論工件表面易產生拉伸殘留應力。

核心觀念

板金沖壓的凹模與凸模間隙，會影響材料的變形方式與製程結果。題目所述「間隙大於板厚」是判斷製程的關鍵：一般沖孔、下料與修整屬剪切加工，模具間隙通常小於板厚；深引伸則需讓板材在凸模與凹模之間流動成形，模具間隙可大於板厚。

解題方法

先依間隙與板厚的相對大小辨別加工類型。若間隙大於板厚，板材不會被模具以剪切方式分離，而是留有流動空間，適合進行塑性成形。因此應選擇深引伸。

選項分析

核心觀念

本題考「固態焊接」與「熔融焊接」的分類。固態焊接是在接合過程中，母材不發生整體熔化，主要透過壓力、熱、塑性變形或原子擴散，使接合面形成連結；熔融焊接則會使母材局部熔化，再凝固形成接合。

解題方法

先看各方法的接合原理：若焊接時母材熔化，屬熔融焊接；若母材維持固態，並藉接合面擴散或其他固態機制接合，則屬固態焊接。擴散焊接在加熱與壓力作用下，使接合面原子互相擴散，母材不熔化，因此符合固態焊接的定義。

選項分析

• (A) 電弧焊接（arc welding）—錯誤。 利用電弧熱源使母材接合處熔化，通常也會熔化填料金屬，屬熔融焊接。

核心觀念

電阻點焊時，兩片工件搭接後由電極加壓，並通以大電流。電流流經工件接觸面時產生電阻熱，使接合處局部熔融，冷卻後形成圓形或近似透鏡形的熔融接合區，稱為焊塊（weld nugget）。

解題方法

辨認題幹關鍵字「工件之接合熔融區域」。在電阻點焊的術語中，熔融後凝固、實際形成接合的區域就是 weld nugget，因此選擇「焊塊」。

選項分析

• (A) 焊塊（weld nugget）—正確。 指電阻點焊中，工件接合處經局部熔融並凝固形成的熔核，是主要的接合區域。
• **(B) 熱影響區（heat affected zone）—錯誤。

核心觀念

摩擦焊接是固態焊接的一種。焊接時使工件接合面相對運動，靠摩擦生熱，使接合面附近材料軟化，再施加鍛壓力使兩工件結合。常見方式包括旋轉摩擦焊與線性摩擦焊，因此至少一個工件須旋轉或往復移動。

摩擦焊通常不需熔化母材，也不需添加焊填料；焊接時材料受擠壓，接合處可能形成溢料（flash），後續可藉機械加工清除。

解題方法

逐項比對摩擦焊的基本特性：是否可接合異材、是否需要相對運動、是否需要填料，以及溢料的處理方式。題目問「錯誤」敘述，找出與摩擦焊基本原理相違者即可。

選項分析

(A) 可以焊接結合不同材料之工件：正確。 摩擦焊可用於異種材料接合，例如不同金屬間的接合；實際可焊性仍會受材料性質與製程條件影響。

核心觀念

本題考查焊接熱效率與熱傳因子的定義。焊接時，熱源產生的熱量不會全部傳入工件；工件實際收到的熱量，也不會全部用於熔化金屬。因此可分成兩個比例：

• 熱傳因子：工件表面收到的熱量，占熱源產生總熱量的比例。
• 熔化效率：熔化金屬所需的熱量，占工件表面收到熱量的比例。

若以 $Q_s$ 表示熱源產生的總熱量、$Q_w$ 表示工件收到的熱量、$Q_m$ 表示熔化金屬所需的熱量，則：

解題方法

核心觀念 本題測驗各類金屬接合製程之基本原理與定義分類，重點觀念涵蓋：

1. 電弧銲分類：依電極是否熔化消耗，分為「消耗性電極」銲接（如 GMAW/MIG/MAG、SMAW）與「非消耗性電極」銲接（如 GTAW/TIG、PAW）。
2. 電阻銲特性：電阻點銲（Resistance Spot Welding, RSW）利用電流通過金屬接觸介面的接觸電阻產生焦耳熱（$Q = I^2 R t$），並施加電極壓力使母材局部熔融形成「銲核（nugget）」，不需添加填料金屬與助銲劑。
3. 氧乙炔火焰種類與空燃比：

• 中性焰（Neutral flame）：氧氣與乙炔比例約 $1:1$（約 $1.0 \sim 1.1$），最高溫約 $3100^\circ\mathrm{C} \sim 3200^\circ\mathrm{C}$。
• 氧化焰（Oxidizing flame）：氧氣量大於乙炔氣，最高溫可達約 $3300^\circ\mathrm{C} \sim 3500^\circ\mathrm{C}$。
• 碳化焰／還原焰（Carburizing / Reducing flame）：氧氣量小於乙炔氣（乙炔過量），溫度較低（約 $2800^\circ\mathrm{C} \sim 3000^\circ\mathrm{C}$）。

4. 硬銲（Brazing）與硬銲銲接（Braze Welding）：兩者之填料金屬熔點皆高於 $450^\circ\mathrm{C}$ 但低於母材（底材）熔點。接合時僅填料金屬熔化，底材金屬維持固態未熔化，因此接頭完全由填料金屬構成，底材不會熔入銲道中。

解題方法 本題為標準的觀念綜合辨析題，解題切入點為逐一檢視四種常見接合製程的專有名詞定義與物理機制：

• 抓出關鍵名詞與對應特徵：GMAW 的「電極型態」、RSW 的「是否需填料」、氣銲的「氣體混合比與火焰名稱」、Braze welding 的「母材熔化與否」。

核心觀念

本題考「鋁熱反應」及鋁熱劑的組成。鋁對氧的親和力很強，能從金屬氧化物中奪取氧，反應時放出大量熱，並還原出金屬。鋁與氧化鐵混合即為常見的鋁熱劑，可用於鐵軌焊接。

解題方法

先辨認鋁熱反應的反應物：鋁粉與金屬氧化物。鐵軌焊接使用氧化鐵作為含鐵氧化物，鋁將氧化鐵還原成熔融鐵，同時產生高熱。以氧化鐵為三氧化二鐵表示，反應式為：

生成的高溫熔融鐵可填入鐵軌接合處，冷卻後形成焊接接頭。

核心觀念

本題考工件製造成本的分類。製造成本通常包括直接材料、直接人工及製造費用；設備保養維修屬製造費用。倉儲成本則屬於存貨的儲存、保管或物流相關成本，並非題目所指的工件製造成本項目。

解題方法

逐一判斷各項支出是否直接用於製造工件，或屬於生產過程中的間接費用：

• 材料直接構成工件，屬直接材料成本。
• 勞工薪資若投入工件生產，屬直接人工成本。
• 設備保養維修支援生產設備運作，屬製造費用。
• 倉儲費用是存放與保管物料或成品所生，通常列為倉儲或物流成本，不列入工件製造成本。

選項分析

核心觀念

扭力試驗用來測定材料受扭轉時的剪切性質。圓軸在彈性範圍內受扭時，扭矩 $T$、剪應力 $\tau$ 與剪應變 $\gamma$ 的關係為：

其中 $r$ 為距軸心的距離、$J$ 為極慣性矩、$\theta$ 為扭轉角、$L$ 為試件長度，$G$ 為剪模數。抗剪強度則是材料承受剪切破壞時的剪應力。

解題方法

逐項檢視扭力試驗涉及的彈性常數、試件變形，以及抗剪強度定義。尤其要區分「彈性範圍內的截面尺寸變化」與「斷裂時的剪應力」，避免把剪模數和拉伸彈性模數混為一談。

選項分析

核心觀念

積層製造是依據三維模型，逐層堆疊材料製作零件。其流程可分為製作前準備、成形製作及後處理：

• 製作前準備：建立或匯入三維模型，並轉成 STL 三角網格檔，供設備切層與規劃成形路徑。
• 後處理：依製程與材料需求，移除支撐、清洗工件，或對工件進行燒結等處理。

本題要辨別的是各項工作屬於製作前準備，還是成形後的處理。

解題方法

逐一判斷工作發生的時點：若在實際成形前處理模型或設定檔案，便不屬於後處理；若在成形後清理、移除支撐或改善工件性質，則屬於後處理。題目問「不屬於」後處理，因此應選製作前的 STL 檔設定。

選項分析

核心觀念

本題考查鋼的恆溫熱處理，以及麻田散鐵變態溫度區間的處理方式。

• 麻田散鐵（martensite）變態：沃斯田鐵急冷至麻田散鐵變態開始溫度 $M_s$ 以下，會逐步轉變為麻田散鐵；降至變態結束溫度 $M_f$ 時，變態大致完成。
• 麻回火（martempering）：將沃斯田鐵鋼急冷至 $M_s$ 與 $M_f$ 之間的溫度，短暫均熱，使工件內外溫度趨於一致，再取出空冷，使麻田散鐵變態較均勻地進行，以降低淬火應力與變形。
• 沃斯回火（austempering）：急冷至沃斯田鐵鼻尖以下、珠光體變態區以上的適當溫度，等溫保持至沃斯田鐵轉變為變韌鐵（bainite），再冷卻。

解題方法

抓題幹的兩個關鍵條件：

1. 工件先加熱至沃斯田鐵狀態。
2. 急冷至恆溫變態圖中 $M_s$ 與 $M_f$ 之間，並在該溫度保持，再取出空冷。

題目明確指出保持溫度位於麻田散鐵變態開始與結束溫度之間，因此對應麻回火。此處的保持主要是使工件內外均溫，之後空冷時才完成麻田散鐵變態；這與在較高溫度等溫形成變韌鐵的沃斯回火不同。

核心觀念

本題考粉末冶金製品燒結後的滲入（infiltration）。燒結件內部保有相互連通的孔隙；滲入作業是將熔點較低的金屬熔化，使液態金屬藉毛細作用進入這些孔隙，藉此降低孔隙率、提高密度與強度，或改善其他性質。

解題方法

辨認關鍵在於「低熔點金屬熔化後，進入燒結件孔隙」。若只是液體浸入、樹脂填孔，或以表面處理改變外層，都不是粉末冶金所稱的金屬滲入。

選項分析

核心觀念

卡扣配合（snap fit）是利用塑膠零件本身的彈性變形，讓凸部越過扣合位置後回彈並卡住凹部，完成機械接合。常見形式包括懸臂式、環狀及扭轉式卡扣。

卡扣可把定位與接合結構整合在零件上，適當設計時，接合後能引導零件就位並自行對準；通常也能快速組裝，且不需另加螺絲或特殊工具。

解題方法

判斷各選項是否符合卡扣的典型設計特性：組裝是否需要特殊工具、接合後是否能定位，以及卡扣接頭的強度與配合方式。卡扣主要依靠零件彈性變形完成扣合，不能因此推論其接頭強度必然高於螺絲接頭。

選項分析