機械製造學 申論題歷屆試題與參考架構
高考三級，民國 102～115 年共 14 份試卷、73 題，其中 72 題附參考答題架構。考這一科的類科：機械工程。本頁列出歷年全部題目，參考架構只列開頭的「破題」，完整的答題架構、關鍵字與作答提醒請到站內查看。
115 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
試述放電加工（EDM）之基本加工原理，並指出其與傳統切削加工在材料去除機制上的主要差異。以下列三點來分別說明：火花放電形成與材料去除之機制；電極與工件之極性與材料條件；放電加工相對於傳統切削加工之優點與限制。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
放電加工（EDM）屬非傳統加工，靠電極與工件間介電液中反覆產生的脈衝火花放電，以局部高溫熔化、汽化工件材料，屬「熱能去除」；傳統切削則靠刀具硬度高於工件、以剪切變形產生切屑，屬「機械能去除」。作答先點出這個根本差異，再依題目三點展開。
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- 2
同一材料製成兩個相同幾何之工件，其中一個經過冷加工成型製程，另一個則為熱加工成型製程。試述此兩個工件間在機械性質、內部應力、尺寸精度與成形阻力等四個方面的差異？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題聚焦於金屬塑性加工中冷加工與熱加工的本質差異。金屬加工以再結晶溫度為界，低於再結晶溫度為冷加工，高於再結晶溫度則為熱加工。答題核心應緊扣加工硬化、動態回復與動態再結晶機制，從機械性質、內部殘留應力、工件尺寸精度及後續成形阻力等四個指定面向進行深入對比與學理闡述。
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- 3
為改善已加工完成的金屬表面性質，存在不同機械性處理技術，請針對珠擊法、滾輪磨光、滾珠法、爆炸硬化法等方法進行說明。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
金屬機械性表面處理技術係透過機械外力引發工件表層產生局部塑性變形，進而提升表面硬度、耐磨耗性，並引入有利的殘留壓應力以延長工件之疲勞壽命。本題要求針對珠擊法、滾輪磨光、滾珠法與爆炸硬化法四種工法，精確說明其作動原理、微觀組織變化、改質效果與典型工程應用場景。
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- 4
請列舉至少五種在焊接加工中會影響焊道強度（strength of weld beads）的因素，並進一步說明。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
焊道強度決定了焊接結構件的靜態承載能力與動態疲勞壽命。焊接本質為局部微型冶金熔鑄與熱處理過程，焊道強度受材料成分、熱輸入歷程、顯微組織轉變、接頭幾何應力集中及內部冶金缺陷等多重變數交織影響。作答時宜由冶金機制與加工製程參數雙軌切入，條列五項決定性因素並申論其影響機制。
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- 5
請說明並比較金屬粉末射出成型技術與傳統粉末冶金技術在下列四個特性上的差異：成形方式；粉末粒度；產品密度與強度；設計自由度與精度。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
金屬粉末射出成型（MIM）結合塑膠射出成型與粉末冶金：以細金屬粉加黏結劑製成餵料，射出成形後脫脂、燒結；傳統粉末冶金（PM）則以較粗粉末在模具內單軸壓製後燒結。兩者差異的根源在「成形方式」，進而影響粉末粒度、密度與形狀自由度。建議以比較表加分項說明作答。
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114 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
砂模鑄造（Sand casting）是具代表性的傳統鑄造方法，請列舉四種檢視砂模品質的能力指標，並說明其個別意義。 （20 分）
（20 分）
參考架構・破題
砂模鑄造中，模砂品質直接決定了鑄件的表面光潔度、尺寸精度及內部冶金健全度。檢視砂模品質之能力指標，主要在評估模砂於造模、搬運、澆注、凝固及清砂各階段抵抗外力、導氣與受熱變形之綜合表現。本題應選取強度、透氣性、耐火度與退讓性四項核心能力指標，並深入闡述其物理意義與對鑄件品質之影響。
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- 2
平輥軋製程（flat-rolling process）施予過大輥軋力會造成輥輪顯著的撓曲及扁平化，也易使輥輪機柱（roll stand）發生變形，增加輥輪間隙，影響平板的厚度品質，請列出可以減少輥軋力的四種方法。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
在平輥軋製程中，過高的輥軋力會引發輥輪彈性撓曲、接觸面扁平化與機架彈性變形，導致板料橫向厚度不均，產生中凸邊薄或邊緣波浪紋。根據平輥軋力學理論，輥軋力為平均流動應力、接觸投影面積及摩擦增強因數之乘積。欲有效降低輥軋力，應針對降低材料流動應力、縮小接觸投影長度、降低界面摩擦力及改變應力狀態等方向著手。
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- 3
銲接（welding）作業的成品中，除了可能發生殘留應力和扭曲變形外，請寫出五種常見的缺陷型態，並詳細說明形成的原因。（30 分）
（30 分）
參考架構・破題
銲接結構缺陷會嚴重折損構件的承載截面與疲勞極限，甚至誘發災難性的脆性斷裂。銲接缺陷之成因橫跨熱力學、凝固冶金學、流體流動及現場操作技術等多重領域。本題應選取五種具代表性之銲接缺陷（裂紋、氣孔、夾渣、未銲透/未熔合與咬邊），深入剖析其微觀物理機制與製程操作主因。
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- 4
正齒輪（spur gear）是用於兩軸間傳遞運動及動力的機件，請詳細說明齒輪的輪齒常見切削形式：⑴成形銑削（form milling） 、⑵齒輪滾削（gear、⑶齒輪刨削（gear shaping）製程與特色。hobbing） （30 分）
（30 分）
參考架構・破題
正齒輪輪齒的切削加工依切削原理主要分為成形法與創成法兩大類。成形銑削屬於成形法，利用與齒槽空間輪廓完全一致的成形刀具逐齒進行複製切削；齒輪滾削與齒輪刨削則屬創成法，利用刀具與工件之共軛嚙合相對運動展成漸開線齒形。本題應分述三種切削製程之運作原理、運動關係、刀具型態及優缺點特色。
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113 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
常見高分子工業塑膠材料：壓克力（PMMA） 、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、環氧樹酯（Epoxy），請依塑膠材料分類之熱塑性（Thermoplastic）塑膠和熱固性（Thermoset）塑膠列出各別之分類，並說明為何壓克力（PMMA）可以用來製作光學鏡片及環氧樹酯（Epoxy）適用於半導體之 IC 封裝？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
高分子聚合物依分子鏈結構與熱行為，主要區分為熱塑性與熱固性兩大類。前者具線狀或支鏈狀分子鏈結構，受熱軟化冷卻固化且具可逆重塑性；後者具三維共價交聯網絡結構，受熱不熔化而直接熱裂解。本題應先明確完成四種材料的分類，再深入對應其物理、光學、熱學及電絕緣特性，闡明PMMA用於鏡片與環氧樹脂用於半導體封裝的材料物理機制。
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- 2
試說明金屬壓鑄法（Die casting）與高分子塑膠射出成形（Injection molding）各別原理或作法，並比較兩種製程之機台運作的差異，如相關機台作動和機台構造及模具溫度高低等。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
金屬壓鑄與高分子塑膠射出成形均屬於利用外加高壓將流體充填入金屬模具模穴內快速冷卻固化的近淨形成形製程。然而，兩者因加工材料物理本質（液態金屬與高分子熔融黏彈流體）之熱傳導率、熔融黏度與固化凝固特性大相逕庭，導致機台進料構造、射出作動機制及模具溫控系統存在顯著差異。
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- 3
試說明雷射銲接（Laser welding）原理或作法，並說明其應用於鈑金件銲接之方式與限制。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
雷射焊接係利用高能量密度之同調光束聚焦於工件接合面，產生瞬間極高熱流實現局部熔融接合之高能束加工技術。雷射焊接具備深寬比高、熱影響區極窄及熱變形微小等特點，在現代汽車車體與精密鈑金組裝中扮演關鍵角色。本題應詳述其作動原理、鈑金件之應用形式，並客觀剖析其技術瓶頸與應用限制。
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- 4
試說明金屬硬幣（Coin）所適用金屬材料（至少兩種）及雙面圖案之相關製程原理或作法。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
硬幣製造屬於精密冷鍛之壓印成形（Coining）技術，其核心訴求為圖案浮雕之極致細膩度、耐磨耗壽命、防偽特徵及耐腐蝕抗汗液能力。在材料選擇上，需具備優異冷成形流動性與長期耐候穩定性；在製程上，則利用完全密閉之型腔模具，藉高噸位封閉式壓縮使金屬產生三維立體流動以完美複製模具微觀紋理。
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- 5
試說明粉末冶金的生產製造方法，並比較金屬粉末冶金和陶瓷粉末冶金製程之主要差異。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
粉末冶金係以微細粉末為原料，經成型與高溫燒結製造固態零件之淨形加工製程，特別適用於高熔點、難加工材料或多孔含油軸承等特殊機能構件。金屬粉末與陶瓷粉末因晶體結構、鍵結形式及塑性變形能力本質相異，在成形機制、黏結劑添加及燒結緻密化過程展現出顯著差異。
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112 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
玻璃是日常生活中不可或缺的材料，處理玻璃製造後的殘留應力方法主要有退火（Annealing）和回火（Tempering）兩種熱處理方法，試分別敘述兩種方法的操作過程及產生對玻璃的影響。（20分）
（20 分）
參考架構・破題
無機玻璃屬於高溫熔融成形之非晶態非金屬材料，因熱傳導率低，在高溫成形急速冷卻時，內外溫差與固化不同步會在材料內部引發巨大的熱殘留應力。退火熱處理之目的在於消除內部應力以防止自發碎裂；而回火熱處理則係反其道而行，主動在玻璃表層引入均勻巨大的殘留壓應力，以大幅強化其抗彎抗衝擊強度。
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- 2
請嘗試以五個面向（強化效應、缺陷、異向性行為、表面精度及尺寸準確度），說明熱加工製程對於加工後產品的影響。 （20分）
（20 分）
參考架構・破題
熱加工係指金屬材料於再結晶溫度以上所進行的塑性成形製程。在高溫熱機械歷程中，塑性變形與動態回復、動態再結晶同步發生。本題應扣合題目指定之強化效應、缺陷狀態、異向性行為、表面精度及尺寸準確度等五個關鍵構面，客觀論述熱加工對材料顯微組織與最終工件性能之深遠影響。
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- 3
請說明如何改善焊接過程中的焊接金屬之不完全融化與滲透（Incomplete fusion and penetration）現象，試列舉五種方法。（20分）
（20 分）
參考架構・破題
焊接過程中，「不完全滲透（未焊透）」係指接頭根部深度未達設計要求；「不完全融化（未熔合）」則指焊道金屬與母材或相鄰焊道間未能充分熔融接合。兩者均屬危險的尖銳平面缺陷，極易造成應力集中與早期斷裂。改善該缺陷之核心在於：提供充足熱輸入量、優化接頭幾何通道、確保電弧精確瞄準，以及徹底清除介面高熔點阻礙層。
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- 4
請列舉至少四種板金切斷製程，並說明這些製程對於厚板金件的主要切割方法。（20分）
（20 分）
參考架構・破題
鈑金切斷係利用機械剪切力或高能量熱熔蝕將金屬板材分離出預定外形之首要成形工序。依作用力機制可區分為機械剪切與熱能射束切割兩大範疇。本題應先列舉四種通用之鈑金切斷製程，進而針對厚板金件之物理特性（高變形阻力、大厚度穿透力需求），深入闡述工業上主要採行之厚板切割工法與選用評估。
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- 5
請說明消失樣模鑄造法（泡沫消去法），並寫出該製程至少四個優點。（20分）
（20 分）
參考架構・破題
消失樣模鑄造法，又稱實型鑄造或泡沫消去法，屬於消耗模精密鑄造工法之一。其特點在於採用發泡聚苯乙烯等高分子材料製成與零件形狀完全相同的樣模，埋入無黏結劑的乾砂中振動緊實，當高溫金屬液澆注時，泡沫樣模受熱瞬間熱解汽化消失，由金屬液原位置換充填凝固成型。
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111 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
金屬與塑膠材料為製造常用之機械材料：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）試說明金屬材料常見的三種晶體結構，並比較常用的塑膠材料結構有何不同？
（二）試以圖闡述說明熱軋鋼（Hot rolling steel）製程與其鋼製品性質之特點。
（20 分）
參考架構・破題
機械工程材料的巨觀機械行為取決於微觀原子排列與分子鏈架構。金屬材料具備高度有序的長程晶格排列與金屬鍵，賦予優異導電與塑性變形潛能；相對地，塑膠高分子材料則由巨大長鏈聚合物構成，呈現線狀或交聯之無序非晶或半結晶態。本題應分就晶體結構差異與熱軋製程微觀組織演變及製品特性展開深度對比論述。
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- 2
試以圖闡述說明可樂飲料鋁罐或砲彈彈筒常用的深引伸（Deep drawing）製程與限制。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
深引伸係將平板金屬坯料置於凹模上，在壓料板拘束下透過凸模垂直下壓，將其拉入凹模模穴內成形為開口中空筒狀零件之關鍵板金塑性成形工法。可樂鋁罐等高深寬比製品通常結合深引伸與接續之多次引伸及引伸抽薄工藝。本題應清晰架構出製程示意圖的核心元件與變形應力狀態，並全面剖析極限引伸比、破裂、起皺與耳況等成形限制。
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- 3
精密光學元件可用鑽石刀具配合精密單點鑽石車削加工（Single-point diamond turning, SPDT）機台進行加工：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）試說明鑽石刀具對無氧銅（Oxygen-free copper, OFC）和石英（Quartz）玻璃等兩種不同材料進行車削加工之加工原理有何不同？
（二）試說明對上述兩種不同材料進行車削加工在選用鑽石刀具時，如刀具傾角、車削加工參數和是否使用冷卻液時有何不同考量？
（20 分）
參考架構・破題
單點鑽石車削加工（SPDT）利用單晶鑽石超微刀刃半徑，配合奈米級進給與極高剛性空氣軸承機台，實現超精密光學曲面鏡面加工。無氧銅為高延展性金屬，石英玻璃則屬極硬脆性非金屬光學材料。兩者在SPDT製程中之材料移除機制本質相異，因而深刻決定了刀具幾何角度選定、奈米切削參數設定及切削液冷卻潤滑策略。
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- 4
試說明鋁熱熔接或鋁熱焊接（Thermit welding）原理與以圖闡述製程方法及其在軌道車輛之鋼軌接合應用。 （20 分）
（20 分）
參考架構・破題
鋁熱焊接係利用金屬鋁粉與金屬氧化物（通常為氧化鐵粉）混合引燃後，產生強烈放熱之氧化還原反應，生成超高溫熔融金屬（鋼水）與氧化鋁熔渣，直接澆注於預熱工件接縫處進行熔合之接合技術，廣泛應用於鐵路鋼軌之現場無縫接合。
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- 5
試說明積層製造（Additive manufacturing）適用於製造射出成形模具之異型水路（Conformal cooling）的金屬粉末積層製造方法名稱、製程方法及限制。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
射出成形模具之異型水路（隨形冷卻水路）能貼合模仁複雜輪廓以均勻冷卻塑件，傳統機械加工難以實現，目前業界主要採用金屬粉末床熔融成型技術，特別是選擇性雷射熔化（SLM）或直接金屬雷射燒結（DMLS）進行高精度積層製造。
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110 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
（一）機械製造加工後的表面性質主要可分為表面紋理（surface texture）和表面完整性（surface integrity），請分別說明其涵意。（8 分）
（二）表面粗糙度是表面紋理的一個可測量的物理操作，請定義表面粗糙度是什麼？評定表面粗糙度的方法有那些？指出使用表面粗糙度作為表面紋理測量度的一些限制。 （12 分）
（20 分）
參考架構・破題
加工後表面可從「幾何形貌」與「表層材料狀態」兩方面描述：表面紋理指表面的幾何特徵，表面完整性指表層下材料性質的變化。第二小題聚焦於表面粗糙度的定義、量測方法與作為紋理指標的限制。
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- 2
常見砂輪規格的記號如：XX-GC-150-P-5-V-1A-200×20×32，除了 XX 是製造商自訂的標誌，試指出此砂輪規格標示的內容，並論述砂輪的五個重要的基本規格。（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
砂輪為磨削加工的核心工具，其規格標示遵循國際與國家標準代碼系統，用以完整定義磨料種類、粒度、結合度（硬度）、組織結構、結合劑、形狀與尺寸，精準選用砂輪規格乃確保工件加工精度與表面完整性之關鍵。
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- 3
（一）鑄造時將熔融的金屬澆注於鑄模時，為什麼要避免熔融金屬的紊流（turbulent flow）進入模穴？（4 分）
（二）請說明澆注後金屬鑄件的三種收縮來源。 （10 分）
（三）請指出如下圖的合金鑄件晶粒結構特徵，並說明其形成原因。（6 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考鑄造的流動、凝固收縮與凝固組織。前兩小題可完整作答；第（三）小題原卷附圖缺失，依此類考題慣例多為鑄錠或鑄件剖面的晶粒結構圖（外層急冷細晶、柱狀晶、中心等軸晶），以下依此作答，請考生對照原卷圖確認。
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- 4
（一）摩擦在金屬塑性加工會造成什麼問題？（10 分）
（二）什麼是金屬塑性加工中的黏摩擦（sticking friction）？主要發生在熱加工還是冷加工？為什麼？（5 分）
（15 分）
參考架構・破題
在金屬成形塑性加工中，模具與工件接觸面之摩擦行為直接決定變形力、應力分佈與材料流動，摩擦過大將顯著劣化加工效率與品質；而在高面壓與高溫環境下產生的黏摩擦現象，更是造成變形不均勻與模具損耗的主要機制。
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- 5
（一）熔接有可能產生那些重要的缺陷？（10 分）
（二）變形（翹曲）是熔焊中的一個嚴重問題，請提出一些可以用來減少發生或降低程度的技術？（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
熔接係藉由局部高溫熔融凝固達成金屬接合，急熱急冷之非均勻熱循環極易引發結構不連續性之熔接缺陷；其中殘留熱應力所導致的變形翹曲，更須透過接頭設計、夾具工藝及銲接順序控管等綜合技術予以有效抑制。
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109 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請詳述傳統車用鋼材中極低碳氮（interstitial-free, IF）鋼與烘烤可硬化（bake hardenable, BH）鋼的特性與應用原理。（15分）
（15 分）
參考架構・破題
IF 鋼與 BH 鋼都是汽車車體用的冷軋薄鋼板，兩者的核心差異在於「固溶碳、氮（間隙原子）」的控制：IF 鋼把間隙原子完全固定以追求極佳深引伸性，BH 鋼則刻意保留少量固溶碳，讓鋼板成形時軟、烤漆後變硬。作答要從冶金原理講到車體部位的應用。
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- 2
請試以正齒輪的齒形精修加工，詳述刮齒（gear shaving）加工的原理與製程特性。（20分）
（20 分）
參考架構・破題
刮齒是齒輪在滾齒或插齒後、熱處理前的精修工法，利用帶刀槽的刮齒刀與工件在交錯軸下嚙合，靠齒面相對滑動刮除微量材料，以修正齒形誤差並改善表面粗糙度。作答要說明刀具構造、運動原理、方法種類與製程優缺點。
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- 3
請詳述金屬板材塑性應變比（plastic strain ratio）的定義與意義及其試驗方法與對引伸（deep drawing）製程的影響。 （20分）
（20 分）
參考架構・破題
塑性應變比 r 值（Lankford 值）是金屬板材異向性的指標，反映板材抵抗厚度方向變薄的能力，直接決定深引伸的極限引伸比與凸耳（earing）大小。作答要依序交代定義、物理意義、試驗方法、對引伸的影響。
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- 4
請詳述金屬模鑄造法中壓鑄（die casting）法的原理與方法及製程特性。（15分）
（15 分）
參考架構・破題
壓鑄是永久模（金屬模）鑄造的一種，以高壓、高速將熔融金屬射入鋼製模具並保壓凝固，特點是量產速度快、尺寸精確、可做薄壁件，主要用於低熔點非鐵金屬。作答要分原理、熱室與冷室兩種方法、製程特性。
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- 5
請詳述電弧焊接（arc welding）的原理及發生偏弧（arc blow）現象的成因。（15分）
（15 分）
參考架構・破題
電弧焊接是利用電極與工件間氣體放電形成的電弧高溫熔化母材與填料而接合；偏弧則是直流電弧受不對稱磁場作用而偏離預定方向的現象。作答前半講電弧物理與焊接方式，後半講磁場成因與對策。
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- 6
請詳述應用於微奈米製程中三維形貌量測上的掃描白光干涉儀（scanning（15分）white light interferometry）之原理及量測方法與特性。
（15 分）
參考架構・破題
掃描白光干涉儀（SWLI，又稱垂直掃描干涉或相干掃描干涉 CSI）利用寬頻白光同調長度極短的特性，只在光程差接近零時出現干涉條紋，經垂直掃描找出每個像素的干涉峰值位置即得表面高度，是非接觸、奈米級垂直解析度的三維形貌量測法。
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108 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
試說明 Jominy 硬化能（hardenability）試驗的目的、原理與方法，並舉例說明合金元素對 Jominy 硬化能曲線之影響。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
Jominy 端面淬火試驗是評估鋼材硬化能（淬火時硬化深度的能力）的標準方法，以一根試棒一端噴水急冷，沿軸向產生連續冷卻速率，量測硬度分布繪成硬化能曲線。作答依目的、原理、方法、合金元素影響四段寫。
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- 2
在設計鑄件模型（pattern）時，模型尺寸與最後鑄件尺寸之間必須考量那些因素？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
鑄件模型尺寸不等於鑄件尺寸，必須加上各種「裕度（allowance）」，以抵銷凝固收縮、後續加工、起模與變形等影響。作答把各項裕度分別說明原因、方向（加大或減小）與影響因素。
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- 3
打鐵趁熱常用來比喻做事必須把握時機、因勢利導。試說明在機械製造上何謂打鐵趁熱及其優缺點。那些金屬可以不趁熱打鐵，為何？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
「打鐵趁熱」在機械製造上即熱作（hot working）：在金屬再結晶溫度以上進行塑性加工，材料軟、好成形，且加工硬化隨即被再結晶消除。是否需要趁熱，取決於材料的再結晶溫度與延性，而非絕對溫度高低。
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- 4
在切削加工中，已知被加工材料的比能（specific energy）U(N-m/mm3)、主軸轉速 N(rpm)、工具機之機械效率 η（mechanical efficiency），於下列二種加工方式中，試說明如何估計工具機在執行此操作時所需之功率。⑴車削操作中，已知工件直徑 D(mm)，切削深度 d (mm)，進給率f (mm/rev)。⑵銑切操作中，已知銑刀齒數 n，每齒進給率 f (mm/tooth)，切削深度 d (mm)，切削寬度w (mm)。以上估計若需修正請說明理由及原因。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
切削所需功率可由「比能 × 材料移除率（MRR）」估計，比能 U 的單位 N-m/mm3 乘上 mm3/s 恰為 W；再除以機械效率得馬達所需功率。作答依車削、銑削分別推 MRR，最後說明估計需修正的原因。
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- 5
試說明下列名詞及其差異：⑴公差（tolerance）與裕度（allowance）；
⑵間隙（clearance）與干涉（interference）；⑶精密度（precision）與精確度（accuracy）。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
三組名詞都屬於尺寸配合與量測的基本觀念：公差與裕度分別描述「單一零件允許變動」與「配合件間刻意差距」；間隙與干涉描述配合狀態；精密度與精確度描述量測重複性與接近真值的程度。每組都要寫定義、舉例、指出差異。
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107 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請說明衝擊試驗的目的、原理與方法。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
衝擊試驗是以擺錘一次衝斷帶缺口試片，量測斷裂所吸收的能量，評估材料在高應變速率與應力集中下的韌性及脆性傾向。作答分目的、原理、方法（Charpy 與 Izod）與結果判讀。
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- 2
請說明平面銑削（face milling）製程中發生振動（vibration）與顫動（chatter）的成因。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
平面銑削為多刃斷續切削，刀齒週期性切入切出，振動來源可分為「強制振動」與「自激振動（顫動）」兩類。作答須先區分兩者定義，再分別說明成因，最後補上抑制對策以顯示完整理解。
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- 3
請說明影響線材抽製（drawing）製程斷面縮率（percentage of area reduction）的因素及成因。假設線材為非應變硬化材料，且其抽製係一均勻變形且無摩擦的製程，則其最大的斷面縮率值為何？（20 分）
（20 分）
- 4
請說明鑄造過程中設置冒口（riser）的處所與目的，並就直徑為 10 cm 高為 10 cm 的圓柱形冒口與長寬高均為 10 cm 的立方形冒口的凝固時間，比較二者的優劣。 （10 分）
（10 分）
參考架構・破題
冒口用來補償鑄件凝固收縮，必須比所補充的鑄件部位晚凝固。比較兩種冒口須用 Chvorinov 法則：凝固時間與（體積／表面積）的平方成正比，計算後再就用料效率比較優劣。
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- 5
請說明摩擦攪拌焊接（friction stir welding）的製程原理與方法。（15 分）
（15 分）
參考架構・破題
摩擦攪拌焊接是一種固態接合（solid-state joining），以旋轉的非消耗性攪拌頭插入接縫，靠摩擦熱軟化材料並以機械攪拌混合，母材不熔化。作答依原理、程序、參數、優缺點與應用展開。
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- 6
請說明 3D 列印（3D Printing）的製程原理與方法。（15 分）
（15 分）
參考架構・破題
3D 列印即積層製造（additive manufacturing），以數位模型切層後逐層堆疊材料成形，與切削之「減法」相對。作答先講共同原理流程，再依材料與成形方式分類說明主要方法。
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106 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
試述下列名詞之涵義及其中文名稱：（每小題 5 分，共 15 分）
（一）CNC
（二）RP
（三）P/M
（15 分）
- 2
何謂熱處理（heat treatment），其功能及重要步驟為何？（15 分）
（15 分）
- 3
何謂超精密加工（ultraprecision machining），其在產業上的應用為何？（15 分）
（15 分）
- 4
試繪簡圖並敘述板金沖壓加工（press working）中剪斷面（sheared edges）的形成及其控制的主要參數（processing parameters）為何？（15 分）
（15 分）
- 5
何謂 CVD 及 PVD，其加工原理為何？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
CVD 與 PVD 是兩大薄膜沉積技術，差別在於薄膜形成機制：CVD 靠氣相化學反應，PVD 靠物理方式使材料氣化再凝結。作答分別寫定義、原理、方法分類、特性，最後比較。
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- 6
何謂磨粒加工（abrasive machining），其所包括的加工程序有那些？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
磨粒加工是利用大量硬質磨粒的微小切刃去除材料的加工方式，適合高硬度材料與高精度、高表面品質要求。作答先定義與特性，再分「固定磨粒」與「游離磨粒」兩大類列出各加工程序。
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105 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
試述碳化鎢陶瓷刀具以粉末冶金製作流程，並說明如何控制孔隙率以製作刀具。（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
碳化鎢刀具即燒結碳化物（cemented carbide），以碳化鎢（WC）硬質相與鈷（Co）結合相經粉末冶金製成，關鍵在液相燒結達到近乎全緻密。作答依製程流程逐步說明，再專段說明孔隙率的控制方法。
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- 2
一般金屬切削如車床和銑床多以進給控制（feed control） ，試述工具機加工之母性原則（maternal principle）。另鏟花加工為力量控制（force control），是否受切削加工之母性原則限制？請說明之。 （25 分）
（25 分）
參考架構・破題
本題考「母性原則（複製原則）」：以進給控制運動的工具機，工件精度受限於機器本身的幾何精度；鏟花靠人力控制切削力、以量測結果回饋修正，因此能突破此限制。作答要先定義原則，再說明兩種控制方式的本質差異。
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- 3
試 述 非 傳 統 加 工 （ Non-traditional Machining ） 中 放 電 加 工 （ Electrical Discharge Machining, EDM）與電漿加工（Plasma Machining）之加工機制與應用差異。 （25 分）
（25 分）
參考架構・破題
放電加工與電漿加工都利用電能轉為熱能熔除材料，但前者是在介電液中以脈衝火花微量蝕除、精度高；後者以高溫電漿弧熔化並吹除金屬、速度快但精度低。作答宜以「機制→特性→應用」對照。
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- 4
試述固態焊接（solid-state welding）的工作原理，並舉三種固態焊接方法及說明之。（25 分）
（25 分）
104 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請問汽車引擎是用那一種鑄造製程生產？請敘述該製程及其特色。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
汽車引擎缸體、缸蓋形狀複雜且有內部水套、油道，典型以砂模鑄造配合砂心生產（鑄鐵缸體為主），鋁合金缸體則常用壓鑄或低壓／金屬模鑄造、消失模鑄造。作答宜先點名主要製程，再描述流程與特色。
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- 2
請說明無心研磨製程及其優、缺點。（20 分）
（20 分）
- 3
請畫出金屬材質的工程應力－應變圖，並在圖中指出：（每小題 5 分，共 20 分）
（一）彈性係數（Young's modulus）
（二）降伏點（yield point）
（三）韌性（toughness）
（四）塑性區（plasticity region）
（20 分）
- 4
請說明高分子材料分那兩大類並敘述材料特性。（20 分）
（20 分）
- 5
請敘述電化學加工（ECM）技術及其特點。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
電化學加工（ECM）是電鍍的逆反應：工件為陽極、工具為陰極，在電解液中以陽極溶解去除材料，與工件硬度無關且工具不損耗。作答依原理、設備要素、特點、應用。
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103 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
機械工程材料常出現 HR 或 HB 等硬度（Hardness）規格標示；據此說明：（每小題 5 分，共 10 分）硬度指標對材料機械性質的意義。洛氏硬度（HR）測試方法和原理。
（10 分）
- 2
應用鑄造技術生產複雜形狀之工件，是最具價格競爭性之量產方法；其相關眾多之製程除單晶成長之外可分兩大類，請概述分類內容並分別例舉說明之。（10 分）
（10 分）
- 3
鍛造加工屬勞力密集產業，高溫窯爐的工作環境和噪音污染的雙重負面因素下，諸多傳統的鍛件已由其他製程方法所取代。但，仍存在不少工業產品及國防製品，仍端賴鍛造製程不可。你認為關鍵的考量因素有那些？試舉三項實例說明之。（10 分）
（10 分）
參考架構・破題
鍛造雖勞力密集、環境惡劣，但其能細化晶粒、形成連續流線、消除鑄造缺陷，使零件具最佳強度與疲勞壽命；凡承受高負荷、衝擊或疲勞且失效後果嚴重的零件仍需鍛造。作答先列關鍵考量，再舉三例。
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- 4
隔音效果良好的氣密式門窗，得自於鋁製窗框、窗軌的高形狀及尺寸精度；而其加工成型原理有如牙膏推擠動作。試附圖闡述所應用製程的內涵及完成件之產品特徵。（10 分）
（10 分）
本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。
- 5
從廚房用的鍋鼎類用品到尖端國防的飛彈彈頭，通常是應用傳統旋壓造型法（Conventional Spinning）加工，即可完成批量生產計畫。請由胚料的準備、旋壓工具及設備說明該製程的運作模式。（10 分）
（10 分）
參考架構・破題
傳統旋壓是將圓形薄板夾於旋轉的模心（芯模）上，以旋壓工具或滾輪施壓使板料逐步貼合模心成形，板厚大致不變、直徑縮小。題目要求依胚料、工具、設備三面向說明運作。
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- 6
何謂高能量密度（high energy density）焊接方法？其包含那些焊接方法？試就其中任一種方法詳細說明其焊接原理及操作程序。（10 分）
（10 分）
參考架構・破題
高能量密度焊接是把熱源集中在極小面積上，使功率密度遠高於一般電弧焊，可形成「鑰孔（keyhole）」效應，得到深寬比大、熱影響區窄、變形小的焊道。作答先下定義，再列方法，最後挑一種（建議電子束焊）完整說明原理與程序。
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- 7
請闡述下列名詞或回答下列問題（可附簡圖補充說明）:（每小題 5 分，共 40 分）熱室製程（Hot-chamber Process）壓鑄法。靜壓擠製加工（Hydrostatic Extrusion）。切削加工之完成件表面精度（Surface Finish）及表面完整性（Surface Integrity）。四輥輪（Four-high rolling mill）軋延成型的特徵與應用考量。如何由開模鍛造（Open-die Forging）加工完成不等徑（階梯狀）旋轉軸件？鈑金成型前應用精密沖胚（Fine Blanking）獲致高品質料件，其工作要件為何？傳統式銑削（Conventional Milling）製程特徵及主要優點。歸類於先進切削製程之放電線割加工（Wire EDM）。
（40 分）
102 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
試畫一張共析鋼的恆溫變態曲線示意圖（Time-Temperature-Transformation diagram），並說明為什麼共析鋼從沃斯田鐵連續冷卻相變態到常溫時，無法獲得變韌鐵的組織。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考 TTT 圖的形狀判讀，以及恆溫變態（TTT）與連續冷卻變態（CCT）的差異。關鍵在於共析碳鋼連續冷卻時，變韌鐵生成區被波來鐵的鼻部遮住，冷卻路徑不是先變成波來鐵，就是直接越過成為麻田散鐵。
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- 2
有關切削加工，試解釋何謂刀口積屑（built-up edge）？並列舉防止刀口積屑產生的方法。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
刀口積屑（BUE）是切削延性材料時，切屑底層因高溫高壓黏附並堆積在刀尖前方的現象。作答依「定義、形成機制、影響、防止方法」四段展開，防止方法要逐項說明理由。
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- 3
相較於金屬熱鍛造加工和冷鍛造加工，溫間鍛造加工製程（warm forging process）有那些優點？（15 分）
（15 分）
參考架構・破題
溫間鍛造是在室溫以上、再結晶溫度以下的中間溫度區進行的鍛造，目的是兼取冷鍛的精度與熱鍛的低成形力。作答先定義溫度範圍，再用「與冷鍛相比」「與熱鍛相比」兩個角度列出優點，最後補充限制。
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- 4
試比較離心鑄造法製造的鑄件，其外表面和內表面在微結構與性質上的差異。（15 分）
（15 分）
參考架構・破題
離心鑄造的鑄件由外向內方向性凝固，加上離心力依密度分離熔湯成分，造成外表面緻密細晶、內表面較粗且雜質集中。作答先簡述製程，再從凝固方式與離心力作用兩個機制比較內外表面。
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- 5
有關遮蔽金屬電弧銲（shielded metal arc welding）使用的塗層金屬電極，請說明為什麼銲接作業前，通常先對塗層金屬電極進行烘烤處理？為什麼塗層金屬電極的長度有一定的限制？（15 分）六、試述金屬粉末射出成型（metal powder injection molding）的製造流程。另外，相較於傳統粉末冶金製程，金屬粉末射出成型有那些優點？（15 分）
（30 分）
參考架構・破題
本題含兩小題：（五）遮蔽金屬電弧銲焊條的烘烤與長度限制，核心是氫脆與電阻發熱；（六）金屬粉末射出成型的流程與優點，核心是黏結劑與脫脂燒結。各 15 分，篇幅平均。
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其他等別的「機械製造學」
- 機械製造學（地方特考三等）（70 題）
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