نظرة عامة إلى العملية
يعد تشكيل الأجزاء المعدنية عن طريق تطبيق قوى ضغط وشد عالية أمرًا شائعًا في جميع أنحاء التصنيع الصناعي. في عمليات الختم ، يتم تشكيل المعدن ، غالبًا على شكل صفائح أو شرائط أو ملفات ، في أشكال محددة في درجات الحرارة المحيطة عن طريق القص والضغط والتمدد بين القوالب ، عادةً في سلسلة من خطوة واحدة أو أكثر من خطوات التأثير المنفصلة. الفولاذ المدلفن على البارد هو مادة البداية في العديد من عمليات الختم التي تصنع أجزاء من الصفائح المعدنية في السيارات والأجهزة والصناعات الأخرى. يعمل ما يقرب من 15٪ من العاملين في صناعة السيارات في عمليات الختم أو المصانع.
في عملية الحدادة ، يتم تطبيق قوة الضغط على الكتل المشكلة مسبقًا (الفراغات) من المعدن ، وعادةً ما يتم تسخينها إلى درجات حرارة عالية ، وأيضًا في خطوة واحدة أو أكثر من خطوات الضغط المنفصلة. يتم تحديد شكل القطعة النهائية من خلال شكل التجاويف في القالب المعدني أو القوالب المستخدمة. مع قالب الانطباع المفتوح ، كما هو الحال في المطرقة المسقطة ، يتم ضغط الفراغ بين قالب واحد متصل بالسندان السفلي والكبش العمودي. مع يموت الانطباع المغلق ، كما هو الحال في تزوير الضغط ، يتم ضغط الفراغ بين القالب السفلي والقلب العلوي المتصل بالمكبس.
تستخدم المطرقة المطرقة اسطوانة بخار أو هواء لرفع المطرقة ، والتي يتم إسقاطها بعد ذلك عن طريق الجاذبية أو مدفوعة بالبخار أو الهواء. يتم التحكم في عدد وقوة ضربات المطرقة يدويًا بواسطة المشغل. غالبًا ما يحتفظ المشغل بالطرف البارد للسهم أثناء تشغيل المطرقة المسقطة. تشكل المطرقة المسقطة مرة واحدة حوالي ثلثي عمليات التزوير التي تم إجراؤها في الولايات المتحدة ، ولكنها أقل شيوعًا اليوم.
تستخدم الحدادة المضغوطة مكبسًا ميكانيكيًا أو هيدروليكيًا لتشكيل القطعة بضربة واحدة بطيئة ومحكومة (انظر الشكل 1). عادة ما يتم التحكم في عملية تزوير الضغط تلقائيًا. يمكن أن يتم ذلك ساخنًا أو في درجات حرارة عادية (تزوير على البارد ، بثق). هناك تباين في الطرق العادية هو التدحرج ، حيث يتم استخدام تطبيقات القوة المستمرة ويقلب المشغل الجزء.
الشكل 1. اضغط على تزوير
يتم رش مواد التشحيم بالقالب أو تطبيقها بطريقة أخرى على الأسطح المقولبة والأسطح الفارغة قبل ضربات المطرقة أو الضغط وبينها.
تعتبر أجزاء الماكينة عالية القوة مثل الأعمدة والتروس الحلقية والبراغي ومكونات تعليق المركبات من المنتجات الشائعة لتزوير الصلب. إن مكونات الطائرات عالية القوة مثل سارية الجناح وأقراص التوربينات ومعدات الهبوط مصنوعة من الألومنيوم أو التيتانيوم أو النيكل وسبائك الفولاذ. ما يقرب من 3 ٪ من عمال السيارات يعملون في عمليات تزوير أو مصانع.
ظروف العمل
توجد العديد من المخاطر الشائعة في الصناعات الثقيلة في عمليات الختم والتزوير. وتشمل هذه إصابات الإجهاد المتكررة (RSI) من المناولة والمعالجة المتكررة للأجزاء وتشغيل أدوات التحكم في الماكينة مثل أزرار راحة اليد. تعرض الأجزاء الثقيلة العمال لخطر الإصابة بمشاكل في الظهر والكتف بالإضافة إلى الاضطرابات العضلية الهيكلية في الأطراف العلوية. لدى مشغلي المطابع في مصانع ختم السيارات معدلات RSI مماثلة لتلك الخاصة بعمال مصانع التجميع في الوظائف عالية الخطورة. توجد اهتزازات وضوضاء عالية النبضات في معظم عمليات الختم وبعض عمليات التزوير (مثل المطرقة البخارية أو الهوائية) ، مما يتسبب في فقدان السمع وإمكانية الإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية ؛ هذه من بين البيئات الصناعية عالية الضوضاء (أكثر من 100 ديسيبل). كما هو الحال في الأشكال الأخرى للأنظمة التي تعمل بالأتمتة ، يمكن أن تكون أحمال طاقة العمال عالية ، اعتمادًا على الأجزاء التي يتم التعامل معها ومعدلات تدوير الماكينة.
تعتبر الإصابات الكارثية الناتجة عن حركات الماكينة غير المتوقعة شائعة في الختم والتزوير. يمكن أن يكون ذلك بسبب: (1) الفشل الميكانيكي لأنظمة التحكم في الماكينة ، مثل آليات القابض في المواقف التي يُتوقع فيها بشكل روتيني أن يكون العمال داخل غلاف تشغيل الماكينة (تصميم عملية غير مقبول) ؛ (2) أوجه القصور في تصميم أو أداء الآلة التي تستدعي تدخل العمال غير المبرمج مثل تحريك الأجزاء المحشورة أو المنحرفة ؛ أو (3) إجراءات صيانة غير مناسبة وعالية الخطورة يتم إجراؤها بدون قفل مناسب لشبكة الماكينة بأكملها المعنية ، بما في ذلك أتمتة نقل الأجزاء ووظائف الأجهزة الأخرى المتصلة. لم يتم تكوين معظم شبكات الماكينات الآلية للإغلاق السريع والفعال والفعال أو لحل المشاكل بشكل آمن.
تشكل الضباب من زيوت تشحيم الماكينات المتولدة أثناء التشغيل العادي خطرًا صحيًا عامًا آخر في عمليات الختم والتزوير التي تعمل بالهواء المضغوط ، مما قد يعرض العمال لخطر أمراض الجهاز التنفسي والجلد والجهاز الهضمي.
مشاكل الصحة والسلامة
ختم
تنطوي عمليات الختم على مخاطر عالية لحدوث تمزق شديد بسبب المناولة المطلوبة للأجزاء ذات الحواف الحادة. ربما يكون الأسوأ من ذلك هو التعامل مع الخردة الناتجة عن محيط القطع والأجزاء المثقوبة. يتم جمع الخردة عادة عن طريق المزالق والناقلات التي يتم تغذيتها بالجاذبية. يعد التخلص من الانحشار العرضي نشاطًا شديد الخطورة.
تنشأ المخاطر الكيميائية الخاصة بالختم عادةً من مصدرين رئيسيين: مركبات السحب (أي مواد تشحيم القوالب) في عمليات الضغط الفعلية وانبعاثات اللحام من تجميع الأجزاء المختومة. مركبات الرسم (DC) مطلوبة لمعظم الختم. يتم رش المادة أو دحرجتها على صفائح معدنية ويتولد المزيد من الضباب عن طريق الختم نفسه. مثل سوائل الأشغال المعدنية الأخرى ، قد تكون مركبات السحب عبارة عن زيوت مستقيمة أو مستحلبات زيتية (زيوت قابلة للذوبان). تشتمل المكونات على كسور زيت البترول ، وعوامل التشحيم الخاصة (على سبيل المثال ، مشتقات الأحماض الدهنية الحيوانية والنباتية ، والزيوت والشموع المكلورة) ، والألكانولامين ، وكبريتات البترول ، والبورات ، والمكثفات المشتقة من السليلوز ، ومثبطات التآكل ، والمبيدات الحيوية. قد تصل تركيزات الضباب للهواء في عمليات الختم إلى تلك الخاصة بعمليات التصنيع النموذجية ، على الرغم من أن هذه المستويات تميل إلى أن تكون أقل في المتوسط (0.05 إلى 2.0 مجم / م XNUMX)3). ومع ذلك ، غالبًا ما يوجد ضباب مرئي وأغشية زيتية متراكمة على أسطح المباني ، وقد يكون ملامسة الجلد أعلى بسبب التعامل المكثف مع الأجزاء. من المرجح أن تشكل التعرضات للمخاطر الزيوت المكلورة (السرطان المحتمل ، أمراض الكبد ، اضطرابات الجلد) ، مشتقات الصنوبري أو مشتقات الأحماض الدهنية الطويلة الزيت (المحسّسات) ، الكسور البترولية (سرطانات الجهاز الهضمي) ، وربما الفورمالديهايد (من المبيدات الحيوية) والنيتروزامين (من الكانولامين ونتريت الصوديوم ، إما كمكونات DC أو في طلاءات الأسطح على الفولاذ الوارد). لوحظ ارتفاع سرطان الجهاز الهضمي في اثنين من مصانع ختم السيارات. يمكن أن تشكل الإزدهار الميكروبيولوجي في الأنظمة التي تطبق DC عن طريق لفها على صفائح معدنية من خزان مفتوح مخاطر على العمال بسبب مشاكل في الجهاز التنفسي والجلد مماثلة لتلك الموجودة في عمليات التصنيع.
غالبًا ما يتم إجراء لحام الأجزاء المختومة في مصانع الختم ، عادةً بدون غسل وسيط. ينتج عن ذلك انبعاثات تشمل الأبخرة المعدنية ونواتج الانحلال الحراري والاحتراق من مركب السحب ومخلفات السطح الأخرى. تنتج عمليات اللحام النموذجية (المقاومة بشكل أساسي) في مصانع الختم تركيزات إجمالية للهواء الجسيمي في نطاق 0.05 إلى 4.0 مجم / م3. عادةً ما يشكل المحتوى المعدني (مثل الأبخرة والأكاسيد) أقل من نصف تلك الجسيمات ، مما يشير إلى أن ما يصل إلى 2.0 مجم / م3 عبارة عن حطام كيميائي سيئ التوصيف. والنتيجة هي ضباب مرئي في العديد من مناطق اللحام بمصنع الختم. يثير وجود المشتقات المكلورة والمكونات العضوية الأخرى مخاوف جدية بشأن تكوين دخان اللحام في هذه الأماكن ويدافع بقوة عن ضوابط التهوية. يضيف تطبيق مواد أخرى قبل اللحام (مثل الطلاء التمهيدي والمواد اللاصقة الشبيهة بالإيبوكسي) ، والتي يتم لحام بعضها بعد ذلك ، مزيدًا من القلق. غالبًا ما تؤدي أنشطة إصلاح إنتاج اللحام ، التي يتم إجراؤها يدويًا ، إلى تعرضات أعلى لملوثات الهواء هذه. لوحظت معدلات زائدة من سرطان الرئة بين عمال اللحام في مصنع ختم السيارات.
تزوير
مثل الختم ، يمكن أن تؤدي عمليات الكير إلى مخاطر تهتك عالية عندما يتعامل العمال مع الأجزاء المطروقة أو تقليم الفلاش أو الحواف غير المرغوب فيها من الأجزاء. يمكن أن يؤدي التطريق عالي التأثير أيضًا إلى إخراج الشظايا أو المقياس أو الأدوات ، مما يتسبب في الإصابة. في بعض أنشطة الحدادة ، يمسك العامل قطعة العمل بالملقط أثناء خطوات الضغط أو الصدم ، مما يزيد من خطر إصابات العضلات والعظام. في عمليات الحدادة ، على عكس الختم ، عادة ما تكون أفران أجزاء التسخين (للتزوير والصلب) وكذلك صناديق المطروقات الساخنة في مكان قريب. هذه تخلق احتمالية لظروف إجهاد حراري عالية. العوامل الإضافية في الإجهاد الحراري هي الحمل الأيضي للعامل أثناء المناولة اليدوية للمواد ، وفي بعض الحالات ، الحرارة الناتجة عن احتراق مواد التشحيم القوالب الزيتية.
مطلوب تزييت القوالب في معظم عمليات الحدادة وله ميزة إضافية تتمثل في أن مادة التشحيم تتلامس مع الأجزاء ذات درجة الحرارة العالية. يؤدي هذا إلى انحلال حراري ورذاذ فوري ليس فقط في القوالب ولكن أيضًا لاحقًا من أجزاء التدخين في صناديق التبريد. يمكن أن تشتمل مكونات مواد التشحيم بالقالب على عجائن الجرافيت ، والمكثفات البوليمرية ، ومستحلبات السلفونات ، والكسور البترولية ، ونترات الصوديوم ، ونتريت الصوديوم ، وكربونات الصوديوم ، وسيليكات الصوديوم ، وزيوت السيليكون ، والمبيدات الحيوية. يتم تطبيقها على شكل بخاخات أو ، في بعض التطبيقات ، عن طريق المسحات. عادة ما يتم حرق الأفران المستخدمة في تسخين المعدن المراد تشكيله بالزيت أو الغاز ، أو تكون أفران تحريض. يمكن أن تنتج الانبعاثات من الأفران التي تعمل بالوقود ذات السحب غير الكافي ومن أفران الحث غير المهواة عندما يكون للمخزون المعدني الوارد ملوثات سطحية ، مثل الزيت أو مثبطات التآكل ، أو إذا تم تشحيمها للقص أو النشر (كما في حالة شريط الأسهم). في الولايات المتحدة ، يتراوح إجمالي تركيزات الجسيمات الهوائية في عمليات التشكيل عادةً من 0.1 إلى 5.0 مجم / م3 وتتنوع على نطاق واسع في عمليات التطريق بسبب التيارات الحرارية الحرارية. لوحظ ارتفاع معدل الإصابة بسرطان الرئة بين عمال الحدادة والمعالجة الحرارية من اثنين من مصانع تصنيع الكرات.
ممارسات الصحة والسلامة
قيمت دراسات قليلة الآثار الصحية الفعلية على العمال من خلال الختم أو تزوير التعرض. لم يتم إجراء توصيف شامل لإمكانية السمية لمعظم العمليات الروتينية ، بما في ذلك تحديد وقياس العوامل السامة ذات الأولوية. إن تقييم الآثار الصحية طويلة المدى لتقنية تزييت القوالب التي تم تطويرها في الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي أصبح ممكناً في الآونة الأخيرة فقط. ونتيجة لذلك ، فإن تنظيم حالات التعرض هذه يكون افتراضيًا للغبار العام أو معايير الجسيمات الكلية مثل 1960 مجم / م3 في الولايات المتحدة. في حين أنه من المحتمل أن يكون مناسبًا في بعض الظروف ، إلا أن هذا المعيار غير مناسب بشكل واضح للعديد من تطبيقات الختم والتزوير.
بعض التخفيضات في تركيزات ضباب زيوت التشحيم ممكنة من خلال الإدارة الدقيقة لإجراءات التطبيق في كل من الختم والتزوير. يُفضل استخدام الأسطوانة في الختم عندما يكون ذلك ممكنًا ، واستخدام ضغط الهواء الأدنى في البخاخات مفيد. يجب التحقيق في إمكانية التخلص من المكونات الخطرة ذات الأولوية. يمكن أن تكون العبوات ذات الضغط السلبي ومجمعات الضباب فعالة للغاية ولكنها قد تكون غير متوافقة مع مناولة الأجزاء. قد يؤدي ترشيح الهواء المنطلق من أنظمة الهواء عالية الضغط في المطابع إلى تقليل ضباب زيت الضغط (والضوضاء). يمكن تقليل ملامسة الجلد في عمليات الختم من خلال الأتمتة والتآكل الواقي الشخصي الجيد ، مما يوفر الحماية ضد كل من التمزق والتشبع السائل. بالنسبة لختم اللحام في المصنع ، فإن غسل الأجزاء قبل اللحام أمر مرغوب فيه للغاية ، وستؤدي العبوات الجزئية التي تحتوي على تهوية العادم المحلي إلى تقليل مستويات الدخان بشكل كبير.
تشمل أدوات التحكم لتقليل الإجهاد الحراري في الختم والتزوير الساخن تقليل كمية مناولة المواد اليدوية في المناطق شديدة الحرارة ، ودرع الأفران لتقليل إشعاع الحرارة ، وتقليل ارتفاع أبواب الفرن وفتحاته واستخدام مراوح التبريد. يجب أن يكون موقع مراوح التبريد جزءًا لا يتجزأ من تصميم حركة الهواء للتحكم في التعرض للضباب والضغط الحراري ؛ خلاف ذلك ، يمكن الحصول على التبريد فقط على حساب التعرض العالي.
ميكنة مناولة المواد ، والتبديل من المطرقة إلى الضغط عندما يكون ذلك ممكنًا وتعديل معدل العمل إلى المستويات العملية المريحة يمكن أن يقلل من عدد إصابات الجهاز العضلي الهيكلي.
يمكن تقليل مستويات الضوضاء من خلال مجموعة من التبديل من المطرقة إلى الحدادة عندما يكون ذلك ممكنًا ، والحاويات المصممة جيدًا وتهدئة منفاخ الفرن ، وقوابض الهواء ، وأسلاك الهواء ومناولة الأجزاء. يجب وضع برنامج للحفاظ على السمع.
تشمل معدات الوقاية الشخصية اللازمة حماية الرأس ، وحماية القدم ، والنظارات الواقية ، وواقيات السمع (كما هو الحال مع الضوضاء المفرطة) ، ومآزر وطماق واقية من الحرارة والزيت (مع الاستخدام الكثيف لمواد التشحيم القائمة على الزيت) وحماية العين والوجه بالأشعة تحت الحمراء (حولها) أفران).
مخاطر الصحة البيئية
تشمل المخاطر البيئية الناشئة عن مصانع الختم ، وهي بسيطة نسبيًا مقارنة بتلك من بعض الأنواع الأخرى من النباتات ، التخلص من مركب سحب النفايات ومحاليل الغسيل واستنفاد دخان اللحام دون تنظيف كافٍ. تاريخياً ، تسببت بعض مصانع الحدادة في تدهور حاد في جودة الهواء المحلي من خلال تكوير الدخان والغبار. ومع ذلك ، مع قدرة تنظيف الهواء المناسبة ، لا داعي لأن يحدث هذا. يعتبر التخلص من الختم والقياس الذي يحتوي على مواد تشحيم قوالب مشكلة أخرى محتملة.