114 高普考普通考試 機械工程 機械製造學概要 考古題詳解

核心觀念

傳統模具壓製以單向壓力將粉末壓實，壓力會因模壁摩擦而沿壓製方向衰減，因此大型或形狀較複雜的零件容易出現密度不均、分層或裂紋。均壓壓製（isostatic pressing）則將粉末裝入柔性模具，再由周圍介質施加近似各方向相等的壓力，使壓坯密度較均勻，並減少模壁摩擦造成的壓實差異。

粉末冶金中常見的兩種均壓壓製形式，是濕袋式冷均壓（wet-bag CIP）與乾袋式冷均壓（dry-bag CIP）。兩者均在常溫下以液體傳壓；差別在於柔性模具是否每次都隨工件裝卸、浸入壓力容器。

解題方法

答題時先指出均壓壓製改善傳統單向壓製的原因，再比較兩種形式的模具配置、操作方式、生產特性及適用情境。題目要求「形式」及其優缺點，應以濕袋式、乾袋式為主，並將兩者共同的均壓效果與各自的生產取捨說明清楚。

兩種均壓壓製形式

一、濕袋式冷均壓

將金屬粉末裝入柔性橡膠或彈性體模具並密封，再把整個模具放入高壓容器。加壓液體直接接觸柔性模具外表面，壓力經模具傳給粉末，使粉末受到各方向的壓縮。卸壓後取出模具與壓坯，再脫模。

特色與優點

• 壓力液體作用於柔性模具外表面，能對工件各方向施加較均勻的壓力，適合製作長形、大型或外形較複雜的壓坯。
• 模具裝粉、密封及卸料均可在壓力容器外進行，容器內部構造較簡單；模具形式也較容易更換，產品變化較多時較有彈性。
• 可獲得較均勻的壓坯密度，降低單向壓製常見的密度梯度及其導致的燒結變形風險。

缺點

• 每一循環都要將裝粉模具放入容器、加壓、卸壓並取出，裝卸與定位耗時，生產速度較慢，較不適合大批量連續生產。
• 操作步驟較多，人工需求及單件處理時間較高。
• 柔性模具容易因反覆受壓、磨耗或變形而需要維護或更換；壓坯的尺寸精度也通常不如剛性模具單向壓製，常需後續加工。

核心觀念

砂心是置於砂模模穴中的砂製成形體，用來形成鑄件內部的孔洞、通道或凹部。砂心在澆注時會承受熔融金屬的熱與壓力，因此必須兼具足夠的常溫強度與耐火性；待鑄件凝固後，又要能破碎並容易自鑄件中清除。

砂心應具備的性質

1. 強度足夠：搬運、裝配及合模時不易破損；澆注時能承受金屬液的衝擊、浮力與靜壓。
2. 耐火性良好：在高溫金屬液作用下不致熔融、燒結或與金屬發生不良反應。
3. 透氣性良好：砂心中的水分及黏結劑受熱產生的氣體，能順利排出，避免氣孔、針孔或鑄件缺陷。
4. 發氣量低：受熱時產生的氣體越少越好，且應與良好透氣性配合，減少氣體侵入鑄件。
5. 潰散性良好：鑄件凝固後，砂心容易崩散、清除，避免妨礙收縮或增加清砂工時。
6. 尺寸穩定、精度良好：砂心不易變形，尺寸能維持穩定，使鑄件內部形狀與尺寸符合要求。
7. 表面品質良好：砂心表面平整、緊實，可獲得較佳的鑄件內表面品質，並降低金屬滲入砂粒間隙的機會。

這些性質須互相平衡。例如，強度過高雖有利於搬運與澆注，卻可能降低潰散性，增加清砂困難。

解題方法

本題要求先說明砂心的使用條件，再比較兩種砂心製作方法。作答時抓住兩者的固化方式即可：熱匣法靠加熱砂心盒使黏結劑固化；冷匣法則在常溫砂心盒內通入催化氣體，使黏結劑快速固化。

（一）熱匣法（Hot-box process）

1. 將砂與熱固性樹脂黏結劑、催化劑混合，製成砂心砂。
2. 將砂心砂以吹砂或射砂方式填入預先加熱的砂心盒。
3. 砂心盒的熱量傳入砂料，使黏結劑在砂粒間發生固化反應。

核心觀念

本題考查手工金屬電弧銲接（通常指被覆金屬電弧銲，SMAW）的兩項基本操作：如何引燃電弧，以及起弧後如何移動銲條形成銲道。

引弧時，銲條端部短暫接觸工件後須迅速提起，形成適當的電弧間隙；銲接過程中則須同步控制銲條前進速度與弧長。弧長過長容易造成飛濺、氣孔或電弧不穩，過短則容易黏條。

解題方法

依題目要求分成「起弧方法」與「銲條移動方式」兩部分作答。起弧的兩種基本方法是敲擊法與擦划法；銲條移動方式則以平銲常見的直線、鋸齒形、圓弧形為例，說明各自形成銲道的方式與適用情形。

一、平銲起弧的兩種作業方法

1. 敲擊法（tapping method） 將銲條對準起銲點，沿銲條軸向輕觸工件後立即提起，使銲條與工件之間形成短弧。動作需迅速，避免銲條黏在工件上。

2. 擦划法（scratching method） 以銲條端部輕擦工件表面，如同劃火柴般短暫滑過；電弧引燃後，立即將銲條移至起銲點，並保持適當弧長。擦划時應限制在銲道起點附近，避免在非銲接區留下電弧痕。

核心觀念

本題考查手工螺絲攻三支一組的功能分工。三支螺絲攻的直徑與螺紋規格相同，主要差異在於前端的切削導程（倒角）長度。導程越長，切削負荷越分散、起攻越容易；導程越短，越能切近盲孔底部，但切削負荷也越集中。

解題方法

依「起攻與導正 → 中段成形 → 接近孔底完成螺紋」的加工順序，說明各支螺絲攻的導程、功能與適用孔型。一般手工攻牙時，先用斜螺絲攻，再用塞螺絲攻，最後視孔底螺紋深度要求使用底螺絲攻。

三種螺絲攻的功能特色與用途