機械製造ⅰ隨堂講義 第1章(學生本)
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第 1 章 機械製造的演進 1
第 1 部分 重點掃描
1-1 加工機器的演進
1. 產業依工業化的層次,分級如下:
產業分級 說明 舉例
第一級產業 開採 天然資源 的產業。 石油及礦石的開採。
第二級產業 將天然資源製成產品的產業。 機械 製造 業。
第三級產業 提供 產品之系列服務 之產業。 物 流 、 零 售 、 客 戶 服
務、休閒旅遊事業。
2. 「製造」是指將原料經過加工,變成具有 附加價值 的產品。
3. 「機械製造」即是依產品的需求,使用 加工機器 ,將材料藉機械、器具
加工製造成用品、零組件或機器的過程。
4. 18 世紀時,由於蒸汽機的發明與使用,是為 機械 時代的開始,並帶動了
在歐洲興起的工業革命。
5. 加工機器、材料、 動力 三者之間在年代上的發展關係,是相輔相成的。
6. 1950 年代以後電腦的發明與應用,整合了設計與 製造 ,使製造科技的進
展突飛猛進。
7. 加工機器演進的 5 個階段: → →
→ →
1-2 機械製造的過程
1. 零件或產品的製造流程:設計產品→選擇材料→加工方法→零件組裝。
2. 成本計算:包含有製造成本、管理成本及銷售成本。
3. 選擇材料:選擇材料時要考慮材料的 機械 、物理及化學性質等材料規格
是否符合使用的需求、價格是否合理。
4. 加工方法:加工的方法可分為切削性加工與 非切削性 加工。
5. 在選擇加工方法時要考慮工件的 精度 、外觀及材料的性質等。
手工具時期 動力機具時期 自動機具時期
數值控制 時期 智慧機具時期
2 第 1 章 機械製造的演進
6. 有關品質管制、保證與管理的內容:
名稱 簡稱 定義
品質管制 QC 為了達成品質要求所採取的一切作業技術與活
動。
品質保證 QA 為了使消費者確信產品能滿足規定的品質要求,
而提供一切有計畫、有系統的作法。
品質管理 QM 運用系統的方式,以保證組織能依既定之計畫,
推展完成各項品質活動。
1-3 切削性加工與非切削性加工
1. 加工方法的分類:
加工法 說明
切削性加工法
(有屑加工法)
(1) 傳統切削加工:使用高硬度、強度的材料,製成刀
具切削,例如車削。
(2) 非傳統切削 加工:使用電能、化學、雷射及高
能量束等方式切削,例如雷射切割。
非切削性加工法
( 無屑加工法 )
(1) 改變材料形狀:鑄造、塑性加工、粉末冶金。
(2) 表面處理:表面塗層加工、表面硬化加工、防鏽蝕
處理。
(3) 機件或材料的結合:螺紋接合、鉚接、銲接及膠接。
(4) 改變材料 機械性質 :塑性加工(熱作、冷作)、
珠擊法、熱處理。
2. 機械性質:硬度、強度、 韌性 、延展性及抗疲勞強度等。
3. 熱處理:淬火可增加鋼材硬度、 退火 可使鋼材軟化、回火則可增加鋼材
淬火後的韌性。
1-4 切削工具的發展
1. 切削工具分類方式:
分類方式 刀具類別、名稱
刀具構造 整體式刀具、 銲刃式刀具 、捨棄式刀具。
刀刃數 單刃(鋒)刀具: 車刀 。
多刃(鋒)刀具:鑽頭、銑刀、銼刀、砂輪。
第 1 章 機械製造的演進 3
2. 切削工具應具備的性質:
應具備之性質 說明
硬度 刀具硬度愈大,可用更快速度切削。刀具高溫時保持硬度的
特性,稱之為 高溫硬度 (紅熱硬度)。
耐磨性 通常刀具的硬度愈高, 耐磨 性愈佳。
韌性 刀具的硬度愈高,韌性愈低。硬度最高的是 鑽石 ;韌性
最佳的是 高速鋼 。
高溫下物理及
化學的穩定性
物理性質 高溫硬度、 導熱度 。
化學性質 不易氧化、不易與被切削材料起化學反應。
3. 各種刀具的特點與應用:
刀具種類 特點及應用
工具鋼刀具 高碳鋼 中加入少量的合金,如鎢、鉻、釩、鉬、錳等,一
般用來製作剪鉗、刮刀、銼刀、鏨子等。
高速鋼刀具 簡稱 HSS,韌性佳,適合重切削及 斷續切削 ,常製作成鑽
頭、鋸條、螺絲攻等。
鑄造合金
刀具
又稱史斗鉻鈷合金或非鐵鑄合金,成分主要為 鎢、鉻、鈷 ,
用於特殊鑽頭或鑿岩鑽頭。
碳化物刀具
使用碳化鎢(WC)或碳化鈦(TiC)粉末,以鈷粉為結合劑,
以 粉末冶金 法製作成形,與高速度鋼二者,是最常採用的
刀具。
陶瓷刀具 主要成分為 氧化鋁 ,以粉末冶金法製作,適合切削高強度
鋼、硬鋼,缺點是脆性大、不適用於斷續及 振動 的加工條件。
瓷金刀具 成分為氧化鋁及碳化鈦,以粉末冶金法製成,俗稱半陶瓷刀
具,兼具陶瓷的硬度及金屬的 韌性 。
立方晶氮化
硼刀具 簡稱 CBN ,硬度僅次於鑽石,適合切削淬火硬化鋼鐵材料。
鑽石刀具 鑽石具有最高的硬度,用於切削 非鐵金屬 ,不適合切削碳
鋼、鈦、鎳及鈷合金。
塗層刀具 在刀具表面被覆一層高硬度薄膜,可使刀具更耐磨及減少與切
屑的 親和性 。
4 第 1 章 機械製造的演進
上述一些刀具可耐溫度:
刀具種類 可耐溫度
工具鋼刀具 200℃
高速鋼刀具 600 ℃
鑄造合金刀具 820℃
碳化物刀具 1200 ℃
陶瓷刀具 1300℃
4. ISO對切削刀具的分類與應用:
刀具代號 代表顏色 適合切削之材料
P 類 藍色 鋼
M 類 黃 色 不鏽鋼
K 類 紅 色 鑄鐵
N 類 綠 色 非鐵金屬
S 類 棕 色 超合金及鈦合金
H 類 灰 色 硬材料
第 2 部分 課後複習(題目前有「*」者,請見書末解析)
一、選擇題
( C ) 1. 依產品的需求,使用加工機器將金屬或非金屬材料,加工製造成用
品、零組件或機器的過程,稱之為 (A)工業製造 (B)科學製造 (C)
機械製造 (D)材料製造。
*( A ) 2. 加工機器在歷史上的發展,下列之演進過程何者正確? (A)手工具
→動力機具→自動機具 (B)智慧機具→數值控制→動力機具 (C)智
慧機具→數值控制→動力機具 (D)手工具→數值控制→自動機具。
( D ) 3. 下列產品製造的流程順序,何者正確? (A)選材→設計→加工→組
裝 (B)設計→選材→組裝→加工 (C)選材→加工→設計→組裝
(D)設計→選材→加工→組裝。
第 1 章 機械製造的演進 5
*( B ) 4. 為了使消費者確信產品能滿足規定的品質要求,而提供一切有計畫、
有系統的作法,簡稱為 (A) QC (B) QA (C) QM (D) OA。
( B ) 5. 下列哪一種加工方法,可改變材料的機械性質? (A)銑削 (B)熱作
(C)車削 (D)磨削。
( C ) 6. 為了使產品具有光滑美觀及增加防鏽能力,可做何種加工? (A)非
傳統切削加工 (B)傳統切削加工 (C)表面加工 (D)改變機械性質
加工。
( A ) 7. 鑄造是屬於 (A)改變形狀加工法 (B)傳統式切削法 (C)非傳統式
切削法 (D)表面層加工。
*( A ) 8. 下列有關鋼材加工的敘述,何者錯誤? (A)淬火→熔接前預熱 (B)
退火→鋼材變軟 (C)回火→鋼材變韌 (D)熱處理→改變材料性質。
*( D ) 9. 陶瓷刀具不能應用於下列何種情況? (A)精切削 (B)高速切削
(C)切削淬火硬度達 HRC40 之鋼料 (D)振動切削。
*( B ) 10. 下列哪一種刀具硬度最高、最適合用於切削淬火後高硬度的鋼鐵材
料? (A)陶瓷 (B)氮化硼 (C)瓷金 (D)含鈷之超高速鋼。
*( D )11. 下列有關刀具的敘述,何者錯誤? (A)韌性最佳的是高速鋼 (B)鑽
石不能切削鐵類金屬 (C)氮化硼簡稱 CBN (D)刀具塗層的目的是
美觀與防鏽。
*( C ) 12. 下列哪一種刀具分類對應其適合切削之材料是錯誤的? (A) M 類,
切削不鏽鋼 (B) N 類,切削非鐵金屬 (C) S 類,切削碳鋼 (D) H
類,切削硬材料。
( A ) 13. 下列四種刀具:1. 鑽石 2. 瓷金 3. 陶瓷 4. CBN 其硬度由高而
低排列依序為 (A)1432 (B)1324 (C)1423 (D)1234。
( C ) 14. 下列最新式的加工母機為 (A)車床 (B)銑床 (C)車銑複合機 (D)
鑽床。
*( C ) 15. 下列有關機械製造方法之趨勢說明,何者正確? (A)刀具朝更高硬
度發展 (B)產品各式零組件皆於同廠生產以降低成本 (C)綠色製造
的重點在環保與節能 (D)工具機朝單能化發展。
二、統整型選擇題
*( A ) 16. 下列哪一種加工法屬於無屑加工? (A)珠擊法 (B)雷射切割 (C)
超音波加工 (D)放電加工。
*( B )17. 有關切削工具,下列敘述何者正確? (A)陶瓷刀具主要成分為氧化
鋁,適合斷續切削 (B)碳化鎢刀具耐溫性高於含鈷之超高速鋼 (C)
鑽石刀具適合切削鐵系材料 (D)陶瓷刀具硬度大於 CBN 刀具。
6 第 1 章 機械製造的演進
( C )18. 下列刀具材料何者具有最高的硬度? (A)高速鋼 (B)陶瓷 (C)鑽
石 (D)立方氮化硼(CBN)。
( D )19. 金屬材料於製造過程中,使用熱處理加工法之主要目的為 (A)改變
材料的形狀 (B)改善產品的表面粗糙度 (C)結合材料 (D)改變材
料的機械性質。
( C )20. 有關銲接式碳化物車刀的識別及用途,下列敘述何者不正確? (A)
刀柄末端塗藍色,適用於碳鋼材料切削者為 P 類 (B)刀柄末端塗紅
色,適用於鑄鐵材料切削者為 K 類 (C)刀柄末端塗綠色,適用於鑄
鋼材料切削者為 N 類 (D)刀柄末端塗黃色,適用於不銹鋼材料切削
者為 M 類。
三、填充題
1. 加工機器的發展過程依序為下列為 5 階段:手工具時期→動力機具時期→
自動 機具時期→ 數值控制 時期→智慧機具時期。
2. 零件或產品的製造流程依序為:設計產品→ 選擇材料 → 加工方法 →
零件組裝。
3. 金屬材料的加工可分為:切削性加工又稱為 有屑加工法 ,及非切削性加
工又稱為 無屑加工法 。
4. 切削工具應具備的四大性質:硬度、 耐磨性 、 韌性 及高溫下物理及
化學的穩定性。
5. 請於空格中填入 ISO 切削刀具之分類及適合切削之材料:
代號 顏色 適合切削之材料 代號 顏色 適合切削之材料
P 藍 碳鋼 N 綠色 非鐵金屬
M 黃 不鏽鋼 S 棕色 超合金及鈦合金
K 紅 鑄鐵 H 灰 硬材料
四、問答題
1. 請簡述何謂「製造」與「機械製造」?
答:製造:是指將原料經過加工,變成具有附加價值的產品。
機械製造:即是依產品的需求,使用加工機器,將金屬或非金屬材料,
加工製造成用品、零組件或機器等的過程。
第 1 章 機械製造的演進 7
2. 請簡述品質管制的定義及具體作法為何?
答:品質管制(QC):為達成品質要求所採取的一切作業技術與活動。
具體的作法如下: (1)設計規格標準;(2)確立管制標準;(3)評估實施結
果;(4)採取矯正措施。
3. 請簡述非切削性加工及其所屬之加工方法。
答:非切削性加工法又稱為無屑加工法,包括有改變材料形狀的加工法、表
面處理法、機件或材料的結合法及改變材料機械性質的加工法。
4. 請說明什麼是紅熱硬度?
答:切削時刀刃的溫度可達數百度至上千度,這會使得刀尖軟化後發生急遽
的磨耗而無法繼續切削,因此刀具在高溫時仍需要具有高硬度的特性是
很重要的,這個特性稱之為紅熱硬度(高溫硬度)。
5. 請說明機械製造方法之趨勢有哪些?
答:(1) 切削刀具材質及功能的改良。
(2) 無屑加工及非傳統加工法的採用。
(3) 零件製造專業分工。
(4) 數值控制的應用。
(5) 工具機朝複合化發展。
(6) 工業機器人的應用。
(7) 自動化一貫作業加工。
(8) 客製化生產形態的增加。
(9) 綠色製造。
第 3 部分 歷屆試題
*( C )1. 如圖所示之工具機為 (A)立式
銑床 (B)立式拉床 (C)立式車
床 (D)立式刨床。
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