113 高普考普通考試 機械工程 機械製造學概要 考古題詳解
第 一 題20 分
試說明金屬內孔加工常用之搪磨（Honing）的原理或作法，並說明此製程應用於精密深鑽孔（Deep drilling）加工方法和限制。
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核心觀念
搪磨（Honing）是以數條磨石（搪磨油石）裝在搪磨頭上，對工件內孔進行精整的加工方法。加工時，磨石在孔壁上施加適當壓力，並同時作往復直線運動與旋轉運動；磨粒因此在孔壁形成交錯的斜向切削痕跡，去除少量材料。
搪磨主要用於改善內孔的尺寸精度、圓度、圓柱度與表面粗糙度，也能修正部分孔壁的波紋、錐度或輕微偏差。它屬於精加工，通常不負責大幅修正孔的位置或軸線方向。
解題方法
作答可分成兩部分：先說明搪磨的工具與運動方式，再說明它如何配合深鑽孔取得精密內孔，以及加工限制。
- 工具與運動：搪磨頭通常裝有多條磨石，磨石可向外張開，對孔壁施加徑向壓力。搪磨頭在孔內旋轉並沿軸向往復，使磨粒以交叉路徑磨削孔壁。加工時常使用切削油或搪磨液，以利潤滑、冷卻及排除磨屑。
- 加工效果：磨石與孔壁接觸面積較大，切削量小，適合修整既有孔洞。交叉紋路有助於保存潤滑油，因此常用於汽缸、液壓缸及精密套筒等內孔。
- 深鑽孔的應用：深鑽孔先形成深而長的孔，再以搪磨去除少量孔壁材料，改善孔的尺寸與表面品質。
第 二 題20 分
試說明塑膠加工常用的押出成形（Extruding）製程。若製作塑膠細圓棒材料，請說明所需押出模頭（Extruding die）的形狀和位置，並說明押出成形後塑膠棒材如何定型？
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核心觀念
押出成形（Extruding）是將塑膠粒料或粉料送入加熱料筒，經螺桿旋轉輸送、壓縮、剪切與混煉，使塑膠熔融並均勻化，再由螺桿推送通過押出模頭，連續形成所需截面形狀的製程。押出製品的截面主要由模頭開口形狀決定，常見製品包括管材、棒材、板材、薄膜及異形材。
本題重點是辨明細圓棒所需的模頭開口，以及模頭出口和後續冷卻定型設備的位置關係。塑膠熔體離開模頭時仍處於高溫軟化狀態，須經冷卻使其固化，才能保持尺寸與形狀。
解題方法
可依「塑化輸送、模頭成形、冷卻定型」三個階段作答：
- **塑化輸送：**塑膠原料由料斗進入加熱料筒，螺桿將原料向前輸送，並藉加熱與剪切作用使其熔融、混合及均質。
- **模頭成形：**熔融塑膠在壓力下通過模頭，模頭出口的孔口形狀決定押出物的基本截面。
- **冷卻定型：**押出物離開模頭後，立即通過冷卻裝置，使其降溫固化，再由牽引裝置以穩定速度帶出，並依需要切成定長。
第 三 題20 分
試列舉一種適用於金屬大型管件之離心鑄造法（Centrifugal casting），並說明其原理或作法。
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核心觀念
本題考查離心鑄造法的種類與成形原理，重點是將熔融金屬置於旋轉中的鑄模內，利用旋轉產生的離心作用，使金屬貼附於模壁並凝固。金屬大型管件可採用水平軸式離心鑄造法，適合製造長形、中空的管件。
解題方法
作答時先指出適用於大型管件的鑄造方式，再依序說明鑄模方向、熔湯如何進入模內，以及旋轉如何形成中空管件。
水平軸式離心鑄造的作法如下：
- 將金屬鑄模水平安裝於設備上，並使鑄模繞自身長軸高速旋轉。
- 將熔融金屬由鑄模一端澆入；熔湯在旋轉作用下向外貼附於模壁。
- 熔湯沿鑄模內壁分布成管狀，並由外向內逐漸凝固，形成中空鑄件。
- 鑄件冷卻後取出，視需要加工內、外表面及端部。
其離心加速度可表示為：
第 四 題20 分
請說明鑽孔加工常用的麻花鑽頭（Twist drill）之基本組成及螺旋角定義。
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核心觀念
本題考查麻花鑽頭的基本構造，以及螺旋角的幾何定義。麻花鑽頭以兩條螺旋槽形成切削刃與排屑通道；理解各部位名稱，並掌握螺旋角的測量位置，即可完整作答。
基本組成
麻花鑽頭主要由下列部分構成：
- 柄部（Shank）：供鑽頭夾持及傳遞旋轉動力，常見有直柄與錐柄。
- 頸部（Neck）：位於柄部與本體之間，通常用於標示鑽頭尺寸或規格。
- 本體（Body）：鑽頭的工作部分，包含螺旋槽、切削刃及導帶等。
- 螺旋槽（Flutes）：通常有兩條，提供切屑向外排出的通道，也形成前刀面並供切削液流通。
- 切削刃（Cutting edges）：位於鑽頭尖端，主要包含兩條主切削刃；兩刃交會處形成橫刃。
- 橫刃（Chisel edge）：位於鑽尖中心，負責擠壓、刮削材料，切削作用較弱，會增加軸向推力。
- 導帶（Margin）：本體外圓上未被螺旋槽切除的狹窄帶狀部分，用來導引鑽頭並維持孔徑。
- 鑽尖（Point）：鑽頭前端的錐形部分，包含主切削刃與橫刃。
螺旋角定義
第 五 題20 分
試說明線切割放電加工（Wire cutting electrical discharge machining, WEDM）原理或作法及其在模具加工之應用。
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核心觀念
線切割放電加工（Wire Electrical Discharge Machining, WEDM）屬於放電加工的一種，利用連續移動的細金屬線作為工具電極，與導電工件之間施加脈衝電壓。兩者間的工作液絕緣膜被擊穿後產生火花放電，放電瞬間的高溫使工件局部熔融、汽化，再由工作液帶走蝕除物，逐步切出所需輪廓。
加工時，工具線與工件不直接接觸，也不必施加切削力；因此適合加工硬化鋼、碳化物等導電難切削材料，也能加工細小輪廓與狹窄槽形。工件須具導電性；絕緣材料無法以此法加工。
解題方法
說明原理與模具應用時，可依「電極與工件配置、放電蝕除過程、輪廓形成方式、模具用途」的順序作答。
- **電極與工件配置：**細線電極通常由線軸連續送線並保持張力，常用黃銅線或鍍層線；工件固定於工作台，線與工件保持微小間隙。工作區供應去離子水等工作液，負責絕緣、冷卻與排屑。
- **脈衝放電蝕除：**工具線與工件間施加脈衝電壓，工作液在適當間隙條件下發生介電擊穿，形成放電通道。熱能使工件表面微量熔融或汽化，工作液再將碎屑排出。放電間隙中的線電極也會消耗，因此需連續送入新線段。
- **輪廓形成：**數值控制系統依程式指令控制工作台與線電極的相對運動，使線沿預定輪廓切割。若使用上下導線器同步偏移，可使線傾斜，製作錐度面或上下輪廓不同的形狀。
- **加工起始條件：**加工封閉內形時，通常先在工件鑽穿線孔，再穿入電極線後切割；外形則可從工件邊緣起切。