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機械製造的演進 - Coggle Diagram
機械製造的演進
CH-5 銲接
融接：母材加熱到熔融狀態(電弧銲、氧炔氣銲)； 壓接：母材加熱到半熔融狀態(電阻銲)； 鑞接：軟銲與硬銲
軟銲：430°C (800°F)以下，銲料以錫─鉛合金為主，又稱為銲錫；
銲劑有氯化鋅(板金用、有腐蝕性)或松香(電子零件用)
硬銲：430°C (800°F)以上，銲料以銅合金為主，又稱為銅銲，銲劑為硼砂；
硬銲常應用於將碳化鎢刀片銲接在高碳鋼的刀把上
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氣銲：氧乙炔氣銲(3500°C)
碳化焰：乙炔多，火焰最長、焰溫最低，適用於蒙鈉合金、鎳及合金鋼的銲接；
中性焰：碳鋼的銲接，以及切割工作(氧乙炔壓力不變；純氧壓力，工件越厚壓力越大)；
氧化焰：氧氣多，火焰最短、焰溫最高，火焰呈藍色且有嗤嗤的聲音，適用於青銅、黃銅的銲接
氧乙炔氣體切割：氣切銲炬的火嘴中心有個較大的孔，可噴出純氧，另有一同心圓孔，噴出氧乙炔的混合
氣。操作時，先以氧乙炔中性火焰將切割處加熱到暗紅色，接著由中心孔噴出純氧，利用
氧與鐵的高度親和力，瞬間將鋼料氧化成氧化鐵
氣銲設備：a.氧氣瓶(塗黑色)必須是鋼製之無縫瓶，乙炔氣瓶(塗咖啡色或褐色)採用銲接鋼瓶
b.橡皮管：氧氣管為綠色，接頭螺帽用右螺紋；乙炔氣管為紅色，接頭螺帽用左螺紋
c.銲炬： 開啟→ 先開乙炔(¼轉)，再開氧氣； 關閉→ 先關氧氣，再關乙炔。
電阻銲接：是在低電壓、大電流下產生電弧； 電弧長度約等於蕊線直徑； 碳棒與鎢棒為非消耗性電極
A. 電銲機分成：交流電銲機：電弧不穩定，但不會產生偏弧；
直流電銲機：電弧穩定，但會產生偏弧，有兩種 DCSP 與 DCRP
a.直流正極性(DCSP)：工件接㊉極，2/3 熱量在㊉極工件，適合厚工件的銲接
b.直流反極性(DCRP)：工件接㊀極， 2/3 熱量在㊉極銲條，適合薄工件的銲接
B. 銲藥功能：穩定電弧 產生保護氣體 減少金屬濺散 熔渣保護已熔化的金屬 去除氧化物。
C. 電銲種類：
遮蔽金屬電弧銲接 (SMAW)：俗稱電銲，以熔化的銲條充當填料(不與工件接觸)，是很廣用的電弧銲接法
碳極電弧銲接接 (CAW)：利用碳棒為電極產生電弧，熔化母材金屬而銲接
原子氫電弧銲接 (AHW)：在氫氣流中以兩支鎢棒電極引發電弧，使分子狀態的氫氣分離成原子狀態；原子狀態
的氫氣在銲接面上還原成分子狀態。可產生 6,000℃以上的高溫
潛弧銲接(SAW)：只適用於平銲，使用消耗性的銲條
氣體鎢極電弧銲接 (TIG)：a.使用非消耗性的鎢棒做為電極，可另加銲條； b.保護氣體為氬氣，俗稱氬銲；
c.碳鋼、不鏽鋼選用 DCSP； 銅合金選用 DCRP； d.鋁、鎂材料使用 AC； e.高品質薄板銲接
氣體金屬極電弧銲接(MIG)：a.使用消耗性的金屬棒做為電極； b.保護氣體為 CO2，俗稱 CO2 銲；
c.選用 DCRP，電流比 TIG 大，穿透力大，特別適用於鋁、鎂、銅、鋼的銲接；
電漿銲接(PAW)：又稱電離氣銲接，PAW 使用兩道給氣系統，一道供電離氣之用，另一道作為保護氣；
保護氣體為氬氣，可銲極薄之板材且得較深的滲透
電阻銲接：藉低電壓、大電流通過欲接合之金屬；
H=0.24I
2
RT(卡)= IET(焦耳) (以加大電流對生熱的幫助最大)
步驟：擠壓－通電銲接－維持 ex：冰箱、鐵櫃、電器外殼、汽車車身鈑金等的製造
電阻銲接種類：點銲：缺點為 a.銲接處有凹陷，約為板厚的 20~30%； b.電極壽命短
浮凸銲：沖出約為板厚的 60%； 銲接處平整，電極壽命長
接縫銲接：兩個圓盤形的滾子為電極，大多用於冰箱、汽油桶、金屬罐之製造
特殊銲接：電子束銲接(EBW)：必須在真空中，深：寬= 100：1，電子、電腦零件銲接；
雷射銲接(LBW)：可以在大氣中使用，銲接兩種物理性質差異很大的金屬；
摩擦銲接(FRW)：大鑽頭的高碳鋼鑽柄與高速鋼的鑽身； 爆炸銲接：大面積板材的銲接
超音波銲接(USW)：罐頭的封裝，振動方向與接合面平行；
發熱銲接(TW)：鋁粉：氧化鐵= 1：3，適用於鐵軌、大軸等必須在現場之銲接；
電熱熔渣銲接：可以得到最大厚度的銲接，此法只適用於立銲
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銲件的檢驗：表面缺陷有 液體滲透檢驗法； 磁粉檢驗法；
內部缺陷有 超音波檢驗法； 放射線檢驗法：汽、機車鋁合金零件的大量檢驗。
CH-4 塑性加工 ※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※
塑性加工的應力大於降伏應力，而小於極限應力； 再結晶溫度約為熔點的 0.4 倍 (ex：鋼約 510~700°C )
熱作 優點：材料中的氣孔消失，雜質破裂、均勻分佈； 變形壓力比冷作小
缺點：高溫易氧化，表面光平度差； 尺寸精密度差； 高溫操作危險性大
冷作 優點：表面光平度佳； 尺寸精確； 產生加工硬化，強度、硬度增加；
缺點：延展性降低，不利後續加工(製程退火)； 所需變形壓力比熱作大； 內部產生殘留應力(弛力退火)
金屬熱作方法：
(1) 鍛造：晶粒呈連續流動的纖維狀，可獲致最大的強度、耐衝擊及抗疲勞強度，ex 曲軸、連桿、搖臂 2 等
手工鍛造(打鐵)：鍛件的精密度差，不適用於大量生產，但在量少而種類多的修護工作
開模鍛造：a.鍛件的尺度太大，無法以閉模鍛造來施工； b.少量生產； c.交貨時間太趕，沒有時間製造模具
閉模鍛造：ex 板手鍛造影片； 理由：a.大量生產； b.尺寸穩定、複製性良好； c.人工技術要求不高
端壓鍛造(鍛粗)：a.桿件伸出模具外的長度，不可超出直徑的 2~3 倍； b.螺栓頭、砲彈殼、星形汽缸(中空件)
滾軋鍛造：
旋轉型鍛：此法製成的零件，有自動鉛筆、雨傘柄部及金屬傢俱的腿部等
內孔造形：成品有栓槽孔、內齒輪，以及特殊形狀的內孔
(2) 滾軋：如圖示； 效率高極適合大量生產，占塑性加工製品的 90%；
將鋼錠加熱到 1200°C 再行滾軋； 包含建築鋼筋、板、桿、管、H、I 型鋼
滾軋方式：a.平板滾軋：薄至 2µm 之金屬箔，須以滾軋法配合抽製法來加工；為了提高生產力，
將兩層或更多層的金屬疊在一起滾軋，稱之為疊層滾軋
b.棒材滾軋
c.螺紋滾軋優點： 1.增加抗拉、抗剪、抗疲勞強度，2.表面光度佳，3.螺紋節徑，4.大量生產
缺點：材料硬度超過 HRC 37，無法滾軋
d.環滾軋：利用滾軋力將斷面軋薄，擴張成直徑較大的環，例如腳踏車輪框、火箭
(4) 擠製：斷面均一之長條狀製品，其製品有桿、管、裝璜緣條、鋁門窗框、結構型材、彈殼及電纜的鉛覆層等
直接擠製(省時、費力)； 間接擠製(省力、費時)； 覆層擠製 (ex 應用於電纜或鋼索的覆層處理)
熱旋壓：工件即因摩擦阻力而急速生熱，高於再結晶溫度的可塑狀態下成形；
ex：盤子形、球面形、圓筒形或圓錐形等；不鏽鋼鍋蓋、炒菜鐵鍋、湯鍋就是用旋壓法製成
(5) 製管：有縫管：a.對接； b.搭接； c.電阻對接
無縫管：a.穿孔法； b.管子擠製法(ex 冷氣機銅管)，注意內徑、外徑尺寸控制；
金屬冷作方法：
(1)抽拉：a.線的抽拉(ex 銅線、鋁線、鋼線)； b.管的抽拉(ex 打針用的針頭)； c.箔的抽拉(滾軋+抽拉)
(2)壓印法：ex 壓硬幣，機器為液壓驅動的肘節式壓床 壓浮紋：厚度均一，ex 汽車車牌、獎牌、信用卡…等
(3)高能率成形：爆炸成形法最常用 (4)溫熱鍛造：再結晶溫度略下方 (5)冷鍛頭法：鐵釘頭、鉚釘頭、螺栓頭
(6)板、管的彎曲：彎曲處不易被壓扁的有利條件為：管壁厚、管徑小、彎曲半徑大 (曲率小)
(7)衝擊擠製：牙膏管、水彩顏料管、藥膏管等可捏壓的薄管，所用的材料有鋅、鉛、錫及鋁等軟金屬
(8)珠擊(改變材料機械性質)：a.增加表面硬度； b.增加疲勞強度(表面殘留壓應力)； c.避免應力集中； d.美觀
e.去除表面的黏砂或鏽皮
(1)沖床：動力為機械式 動作迅速 作用力小 ex 沖孔、下料、剪斷、沖縫、沖凹孔
(2)壓床：動力為液壓式 動作慢 作用力大 ex 壓擠、擠製、冷作引伸(鋼杯)
沖壓床機構：單曲柄：最常用的驅動機構，類似簡諧機構，行程的中點速度最大 偏心式 凸輪式
齒輪齒條式 液壓式：引伸工作 肘節式：壓印法與尺寸矯正 關節式：引伸時胚料夾持。
沖壓床機架：凹口式 傾斜式 直邊式 拱門式 凸角式：圓筒形工件邊緣的沖壓工作，沖孔、壓浮花。
沖壓床工作：剪切：間隙約板厚的 5~8% ，包含
a.下料：從料條上所沖下的金屬片為有用的成品，剩餘的框架為廢料；
b.沖孔：沖下的料為廢料，剩下的框架為有用的成品；
c.修邊：將邊緣修掉薄薄的一層，以獲得更佳的製品；
d.沖縫：將材料剪三邊而留一邊，並使剪開之材料向下彎曲 90°；
e.沖凹孔：與沖縫相反，係將材料剪一邊而留三邊
彎曲：外側拉力，內側壓力，中立面不受力，沖模角度略<90°
成形：與彎曲最大之不同點，是變形部分為二維曲面 冷作引伸：圓筒形不鏽鋼杯。
沖壓模具：單獨沖模：分成沖孔沖模與下料沖模 複合沖模：沖壓時，在同一位置 同時下料(先)與沖孔(後)
連續沖模(級進模)：在不同的位置 同時完成 2 個或 2 個以上的工作
傳遞模：是一種多站模具，和連續模不同的是各加工站之間，材料並不相互連接；
CH-6 表面處理
(2)物理的表面硬化：高週波硬化：適用於中碳鋼，ex 車床的床軌； 小零件的加熱速度快、電流週波數要高，
(通以交流電) 大零件的加熱速度慢、電流週波數低；
(3)上述化學或物理的表面硬化法中只有滲碳法是先滲碳再淬火，其他都是先淬火、回火後，再做表面硬化；
但滲硼法 工件不必 再經淬火、回火處理
油漆塗佈方式：塗刷：維修工作； 浸漬：工業產品的大量生產； 烤漆：汽、機車的外表
噴敷：大面積或不易塗刷之凹角處； 靜電粉體塗裝：汽、機車的外表。
2 表面硬化：零件表面保持硬度，心部保有韌性，ex 齒輪
(1)化學的表面硬化：滲碳法(適用於低碳鋼 0.2％↓)：
a.固體滲碳：以木炭+焦炭+碳酸鋇為滲碳，然後加熱到 850 ～ 950℃
b.液體滲碳：以氰化鈉為滲碳劑，同時將 C、N 滲入，又稱為氰化法或滲碳氮化法
c.氣體滲碳：以 CO、CH4 等為滲碳劑
氮化法：適用於含有鋁、鉻、鉬的合金鋼，不適用普通的碳鋼，加熱到 500~550°C，
處裡時間很久，但不必再熱處理(淬火、回火)；
滲硫法：改善機件的耐磨性； 滲硼法：上述方法中硬度最高的。 (硼>氮>碳>硫)
火焰硬化：適用於中、高碳鋼，使用氧乙炔火焰； 電解淬火法：適用於小零件薄肉零件。
電鍍：工件放入電解槽中接陰極，欲鍍純金屬接陽極，通以直流電；電解液：ex 鍍銅用硫酸銅
化學氣相沉積 CVD：CVD 之沉積薄膜較厚，且複雜形狀與孔隙都能沉積；缺點是工作溫度高且循環時間長。
半導體產業可以應用 CVD 在晶圓上做薄膜沉積；也可應用 CVD 將氮化鈦薄膜沉積在碳化物刀片上
物理氣相沉積 PVD：PVD 的操作溫度比 CVD 低，約 200～500℃。要在真空中實施，導電與不導電材料
均適用；產品：DVD 光碟片
鍍銅：不要硬化的部位鍍銅保護 鍍鉻：汽機車引擎鍍鉻，增加耐磨性 鍍鋅：白鐵皮 鍍錫：馬口鐵
陽極氧化處理：專用於鋁、鎂、鈦金屬，鋁工件放在陽極作氧化處理，鋁門窗做陽極氧化處理而不生鏽
磷酸防蝕(化成處理)：浸入磷酸鹽溶液
發藍處理(著色處理)：在苛性鈉或硝酸鈉熔液中處理，又稱為氧化處理
切削刀具的發展：
高碳鋼：含碳量 0.8~1.2%，ex：銼刀、鑿子、鋸條、刮刀
高速鋼：含鎢、鉻、釩、鐵等元素，韌性最好
a.耐熱到 600°C，具有紅熱硬性
b.鎢系：耐熱性好，常用於車削加工；18-4-1 型高速鋼有 18%鎢、4%鉻、1%釩
c.鉬系：韌性特別好，適用於鑽頭及鉸刀之製作；6-6-4-2 型高速鋼有 6%鎢、6%鉬、4%鉻、2% 釩
非鐵鑄合金：耐熱到 820˚
碳化物(鎢)：耐熱到 1100~1200°C，分成 P、K、M 三類；號數越大韌性越大，號數越小硬性越高。
a.加入鈷當結合劑，利用粉末冶金的方式製成刀尖塊，切削速度約為高速鋼的 3 ～ 4 倍
b.粗磨選用綠色碳化矽 (GC)磨輪， 精磨選用鑽石 (D)磨輪
c. P 類：藍色，適用於碳鋼及鑄鋼的切削
d. K 類﹕紅色，適用於灰鑄鐵、石頭及非鐵金屬的切削
e. M 類：黃色，適用於切削不鏽鋼、高強度鑄鐵及合金鋼等抗拉強度大 而難切削的材料
f. 例如“33－2－P10”，表示刀柄型態為 33、刀柄尺度為 2、材質種類為 P、材質編號為 10
瓷金：
陶瓷：
a.以氧化鋁為主，用粉末冶金法壓製而成，刀具斜角取－5~－7 度
b.耐熱到 1200°C，只能高速輕車削(不適合重切削或斷續性切削)，通常不加切削劑
立方氮化硼 CBN：適合高硬度淬火鋼、耐熱合金鋼
鑽石：切削純銅作鏡面加工，不適合切削鐵材料
CH-2 材料與加工
機械材料分成：(1)金屬材料：鐵金屬與非鐵金屬；
(2)非金屬材料：有機材料(ex 木材、皮革、橡膠、樹脂、塑膠) 與無機材料(玻璃、陶瓷、黏土、
各國工業標準規格：CNS、JIS、AISI、SAE、ISO………。 石墨)。
CNS 標準：分成□、□、□三部分； ※※ 1 N/mm2=1 Mpa ※※
前段部分：F 代表鐵，S 代表鋼； EX：FC350，SC300
中段部分：製品名稱(例如 P 薄板、T 管、K 工具、C 鑄件、F 鍛件)、主要元素、含碳量 SS450，SUP9，S30C
常見名稱說明： SUP( 彈簧鋼 ) SS( 一般構造用鋼 ) SF( 鍛鋼 ) FC( 灰鑄鐵 ) FCMB( 黑心展性鑄鐵 )
後段部分：代表種類或最低抗拉強度。 EX： SK3(工具)，SKH1(高速)，SKD11(模具)，SKS31(合金)
SAE 標準： 1：碳(10、11、13 錳) 2：鎳 3：鎳鉻 4：鉬 5：鉻 6：鉻釩 7：鎢 8：鎳鉻鉬 9：矽錳
碳鋼：低碳鋼切削性不佳，可加入磷、硫、鉛； 鑄造性比鑄鐵差； 鍛造性、銲接性與含碳量成反比 (ex 氧化)
鑄鐵：灰鑄鐵與白鑄鐵； 鑄造性佳； 鍛造性(脆)與銲接性差(含碳量太高)
a.灰鑄鐵：冷卻速度慢，片狀石墨碳於切削時有潤滑作用，可防止刀口積屑之形成，切削性不錯
b.白鑄鐵：冷卻速度快，又稱碳化鐵及雪明碳鐵；網狀石墨碳組織硬度高，容易磨損刀刃，切削性很差
合金鋼：18(鉻)－8(鎳)不鏽鋼，可加入硫或硒改善切削性
銅：銲接性不錯(銅銲)，冷作佳(抽拉成電線)； 黃銅(銅+鋅)切削性不錯； 青銅(銅+錫)鑄造性佳
鋁：切削性不佳，容易產生 BUE； 鑄造性佳； 冷作佳(抽拉成電線)； 銲接性差，∵容易形成氧化物
CH-2 材料與加工 ※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※
機械材料分成：(1)金屬材料：鐵金屬與非鐵金屬；
(2)非金屬材料：有機材料(ex 木材、皮革、橡膠、樹脂、塑膠) 與無機材料(玻璃、陶瓷、黏土、
各國工業標準規格：CNS、JIS、AISI、SAE、ISO………。 石墨)。
CNS 標準：分成□、□、□三部分； ※※ 1 N/mm2=1 Mpa ※※
前段部分：F 代表鐵，S 代表鋼； EX：FC350，SC300
中段部分：製品名稱(例如 P 薄板、T 管、K 工具、C 鑄件、F 鍛件)、主要元素、含碳量 SS450，SUP9，S30C
常見名稱說明： SUP( 彈簧鋼 ) SS( 一般構造用鋼 ) SF( 鍛鋼 ) FC( 灰鑄鐵 ) FCMB( 黑心展性鑄鐵 )
後段部分：代表種類或最低抗拉強度。 EX： SK3(工具)，SKH1(高速)，SKD11(模具)，SKS31(合金)
SAE 標準： 1：碳(10、11、13 錳) 2：鎳 3：鎳鉻 4：鉬 5：鉻 6：鉻釩 7：鎢 8：鎳鉻鉬 9：矽錳
碳鋼：低碳鋼切削性不佳，可加入磷、硫、鉛； 鑄造性比鑄鐵差； 鍛造性、銲接性與含碳量成反比 (ex 氧化)
鑄鐵：灰鑄鐵與白鑄鐵； 鑄造性佳； 鍛造性(脆)與銲接性差(含碳量太高)
a.灰鑄鐵：冷卻速度慢，片狀石墨碳於切削時有潤滑作用，可防止刀口積屑之形成，切削性不錯
b.白鑄鐵：冷卻速度快，又稱碳化鐵及雪明碳鐵；網狀石墨碳組織硬度高，容易磨損刀刃，切削性很差
合金鋼：18(鉻)－8(鎳)不鏽鋼，可加入硫或硒改善切削性
銅：銲接性不錯(銅銲)，冷作佳(抽拉成電線)； 黃銅(銅+鋅)切削性不錯； 青銅(銅+錫)鑄造性佳
鋁：切削性不佳，容易產生 BUE； 鑄造性佳； 冷作佳(抽拉成電線)； 銲接性差，∵容易形成氧化物
金屬模鑄造法：壓鑄法分成 1.熱室法：熔解爐在壓鑄機內，適用於熔點低的鋅、鉛、錫；
(精密度最高) 2.冷室法：熔解爐與壓鑄機分開，適用於熔點高的鋁、鎂、銅；
CH-3 鑄造 ※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※
模型材料：木材：傳統砂模鑄造用 金屬：鋁合金使用最廣 塑膠 蠟：取出模型 冷凍水銀 石膏
模型裕度：收縮裕度：鑄鐵 1%，鋁、鎂 1.3%，黃銅 1.5%，鑄鋼 2% 加工裕度：3~5mm
拔模裕度：內孔 3°，外形 1° (難作的較大) 變形裕度 震動裕度：裕度中唯一負值
濕砂模 乾砂模 乾面模 泥土模 呋喃模：矽砂+呋喃樹脂+磷酸
CO2模：矽砂+3.5~6%矽酸鈉+ CO2 氣(先造模再通氣 CO2) 金屬模：限用低熔點的金屬
冒口功能：排氣 除渣 排泄低溫金屬 檢視澆鑄情形 補充收縮金屬液
砂心：可形成鑄件中空部位，分成濕砂心(同時完成)與乾砂心(大量生產用)，表面可塗石墨液
手工造模：先做下砂箱，再做上砂箱。 基砂主要成分是二氧化矽
模砂試驗：水分試驗(含水量 5% 時透氣度最佳) 強度試驗 透氣性試驗 粒度試驗 砂模硬度試驗
低壓鑄造法 重力鑄造法 瀝鑄法：不用砂心可以鑄出空心鑄件，適用低熔點金屬
離心鑄造法：真離心：自來水管 半離心：火車輪鑄件，輪緣要耐磨而心部要搪孔裝軸 離心加壓鑄造法
包模鑄造法：模型材料有蠟、水銀、聚苯乙烯、聚乙烯等，其中以蠟最常用，所有鑄造法中鑄件複雜度最高
脫蠟法：不考慮拔模與震動裕度，製作高爾夫球桿、自來水肘管、渦輪機葉片
瓷殼模法：瓷質漿液，製作噴射機渦輪漿葉…等 石膏模法：模型是黃銅材料，鑄件是非鐵金屬
連續鑄造法：水冷式的鑄模，鑄件斷面均一，是所有鑄造法中鑄件生產效率最高
第一級產業：採礦、煉鋼； 第二級產業：機械製造； 第三級產業：銷售、服務業。
大量生產：插銷、螺栓、螺帽、墊圈、軸承； 中量生產：機器人、車床、銑床； 小量生產：CNC 加工零件。
A.切削性加工法：傳統切削加工，ex：車、銑、鉋、磨、鑽、搪、拉削、滾齒切削、CNC 機器……等。
非傳統切削加工，ex： EDM、EBM、LBM、AJM、USM、ECM、ECG…等，
大部分的非傳統切削加工的工具都比工件軟，而且速度比傳統加工要慢。
B.非切削性加工法：改變材料形狀加工法(無屑加工)：鑄造、塑性加工、電積成形、粉末冶金
表面層加工法：電鍍、拋光、研磨
材料連結加工法：銲接、鉚接、螺紋接合
改變機械性質加工法：熱作、冷作、熱處理、珠擊法
硬度排序： 鑽石>CBN>陶瓷>瓷金>碳化鎢>非鐵鑄合金>高速鋼
韌性排序： 高速鋼最高，鑽石最低。