Преглед процеса

Формирање металних делова применом великих сила притиска и затезања је уобичајено у целој индустријској производњи. У операцијама штанцања, метал, најчешће у облику листова, трака или намотаја, се на собној температури формира у одређене облике резањем, пресовањем и истезањем између калупа, обично у низу од једног или више дискретних корака удара. Хладно ваљани челик је полазни материјал у многим операцијама штанцања при стварању делова од лима у аутомобилској индустрији и индустрији апарата и другим индустријама. Отприлике 15% радника у аутомобилској индустрији ради у операцијама штанцања или у погонима.

У ковању, сила притиска се примењује на претходно формиране блокове (празне) од метала, обично загрејане на високе температуре, такође у једном или више дискретних корака пресовања. Облик завршног комада је одређен обликом шупљина у металној матрици или матрицама које се користе. Са отвореним утиснутим калупима, као код ковања са ударним чекићем, залогај се сабија између једне матрице причвршћене за доњи наковањ и вертикалног цилиндра. Код затворених калупа за утискивање, као код пресовања, бланк се сабија између доње матрице и горње матрице причвршћене за рам.

Ковачнице чекића користе парни или ваздушни цилиндар за подизање чекића, који се затим спушта гравитацијом или се покреће паром или ваздухом. Број и снагу удараца чекића руковалац контролише ручно. Оператер често држи хладан крај кундака док рукује чекићем. Ковање са ударним чекићем некада је чинило око две трећине свих ковања у Сједињеним Државама, али је данас мање уобичајено.

Ковачнице за пресовање користе механички или хидраулични рам за обликовање комада једним, спорим, контролисаним ходом (погледајте слику 1). Ковање пресом се обично контролише аутоматски. Може се радити вруће или на нормалним температурама (хладно ковање, екструдирање). Варијација нормалног ковања је ваљање, где се континуирано примењује сила и оператер окреће део.

Слика 1. Ковање пресом

Мазива за калупе се прскају или на други начин наносе на површине матрице и празне површине пре и између удараца чекића или притиска.

Делови машина високе чврстоће као што су осовине, зупчаници, вијци и компоненте вешања возила су уобичајени производи за ковање челика. Компоненте авиона високе чврстоће као што су крила, турбински дискови и стајни трап су коване од алуминијума, титанијума или легура никла и челика. Отприлике 3% радника у аутомобилској индустрији ради у ковачницама или погонима.

Услови рада

Многе опасности уобичајене у тешкој индустрији присутне су у операцијама штанцања и ковања. То укључује повреде од понављајућих напрезања (РСИ) услед сталног руковања и обраде делова и рада контрола машине као што су дугмад на длану. Тешки делови излажу раднике ризику од проблема са леђима и раменима, као и мишићно-скелетних поремећаја горњих екстремитета. Руковаоци штампе у погонима за штанцање аутомобила имају стопе РСИ-а које су упоредиве са онима у монтажним фабрикама на високоризичним пословима. Високоимпулсне вибрације и бука присутни су у већини операција штанцања и неких операција ковања (нпр. парни или ваздушни чекић), узрокујући губитак слуха и могуће кардиоваскуларне болести; ово су међу индустријским окружењима са највећом буком (преко 100 дБА). Као иу другим облицима система вођених аутоматизацијом, енергетска оптерећења радника могу бити велика, у зависности од делова којима се рукује и брзине циклуса машине.

Катастрофалне повреде настале услед непредвиђених покрета машина су уобичајене у штанцању и ковању. Ово може бити због: (1) механичког квара система управљања машинама, као што су механизми квачила у ситуацијама када се рутински очекује да радници буду унутар радног окружења машине (неприхватљив дизајн процеса); (2) недостаци у дизајну или перформансама машине који захтевају непрограмиране интервенције радника као што су померање заглављених или неусклађених делова; или (3) неправилне, високоризичне процедуре одржавања које се изводе без адекватног закључавања целе укључене мреже машина, укључујући аутоматизацију преноса делова и функције других повезаних машина. Већина мрежа аутоматизованих машина није конфигурисана за брзо, ефикасно и ефикасно закључавање или безбедно решавање проблема.

Магле из уља за подмазивање машина које се стварају током нормалног рада представљају још једну општу опасност по здравље у операцијама штанцања и ковања које покреће компримовани ваздух, што потенцијално доводи раднике у опасност од респираторних, дерматолошких и дигестивних болести.

Здравствени и безбедносни проблеми

Штампање

Операције штанцања имају висок ризик од озбиљног лацерације због потребног руковања деловима са оштрим ивицама. Можда горе је руковање отпадом који је резултат одсечених периметара и избушених делова делова. Отпад се обично сакупља гравитационим жлебовима и транспортерима. Отклањање повремених заглављивања је активност високог ризика.

Хемијске опасности специфичне за штанцање обично произилазе из два главна извора: једињења за извлачење (тј. мазива за калупе) у стварним операцијама пресовања и емисија из заваривања од склапања штанцаних делова. Смеше за цртање (ДЦ) су потребне за већину штанцања. Материјал се прска или ваља на лим и даље магле се стварају самим догађајем штанцања. Као и друге течности за обраду метала, смеше за извлачење могу бити равна уља или уљне емулзије (растворљива уља). Компоненте укључују фракције нафтних уља, специјалне агенсе за подмазивање (нпр. деривате животињских и биљних масних киселина, хлорисана уља и воскове), алканоламине, нафтне сулфонате, борате, згушњиваче добијене од целулозе, инхибиторе корозије и биоциде. Концентрације магле у ваздуху у операцијама штанцања могу достићи оне у типичним операцијама машинске обраде, иако су ови нивои у просеку нижи (0.05 до 2.0 мг/м³). Међутим, видљива магла и нагомилани уљни филм на грађевинским површинама су често присутни, а контакт са кожом може бити већи због екстензивног руковања деловима. Изложености које ће највероватније представљати опасности су хлорисана уља (могући канцер, обољење јетре, кожни поремећаји), колофонијум или деривати таловог уља (сензибилизатори), фракције нафте (пробавни карциноми) и, могуће, формалдехид (из биоцида) и нитрозамини (из алканоламини и натријум нитрит, било као састојци ДЦ или у површинским премазима на улазном челику). Повишен рак дигестивног тракта примећен је у две фабрике за штампање аутомобила. Микробиолошки процват у системима који примењују ДЦ тако што га котрљају на лим из отвореног резервоара могу представљати ризик за раднике од респираторних и дерматолошких проблема сличних онима у операцијама машинске обраде.

Заваривање штанцаних делова се често изводи у постројењима за штанцање, обично без међупрања. Ово производи емисије које укључују испарења метала и пиролизу и производе сагоревања од смеше за извлачење и других површинских остатака. Типичне (првенствено отпорне) операције заваривања у постројењима за штанцање стварају укупне концентрације честица у ваздуху у опсегу од 0.05 до 4.0 мг/м³. Садржај метала (као испарења и оксиди) обично чини мање од половине те честице, што указује да до 2.0 мг/м³ је лоше окарактерисан хемијски отпад. Резултат је измаглица видљива у многим областима заваривања постројења за штанцање. Присуство хлорисаних деривата и других органских састојака изазива озбиљну забринутост у вези са саставом дима заваривања у овим окружењима и снажно се залаже за контролу вентилације. Примена других материјала пре заваривања (као што су прајмер, боја и лепкови слични епоксиду), од којих се неки затим заварују, додатно забрињава. Активности поправке у производњи заваривања, које се обично раде ручно, често представљају већу изложеност тим истим загађивачима ваздуха. Прекомерна стопа рака плућа примећена је међу заваривачима у фабрици за штанцање аутомобила.

Ковање

Као и жигосање, операције ковања могу представљати велики ризик од раздеротина када радници рукују кованим деловима или обрезују флеке или нежељене ивице са делова. Ковање под великим ударом такође може да избаци фрагменте, каменац или алате, узрокујући повреду. У неким активностима ковања, радник хвата радни комад клештима током корака притискања или удара, повећавајући ризик од мишићно-скелетних повреда. У ковању, за разлику од штанцања, обично су у близини пећи за загревање делова (за ковање и жарење), као и канте врућих отковака. Ово ствара потенцијал за услове високог топлотног стреса. Додатни фактори топлотног стреса су метаболичко оптерећење радника током ручног руковања материјалима и, у неким случајевима, топлота производа сагоревања мазива за калупе на бази уља.

Подмазивање матрице је потребно у већини ковања и има додатну карактеристику да мазиво долази у контакт са деловима на високим температурама. Ово изазива тренутну пиролизу и аеросолизацију не само у калупима, већ и накнадно од делова за димљење у расхладним посудама. Састојци мазива за ковање могу укључивати графитне суспензије, полимерне згушњиваче, сулфонатне емулгаторе, нафтне фракције, натријум нитрат, натријум нитрит, натријум карбонат, натријум силикат, силиконска уља и биоциде. Они се наносе као спрејеви или, у неким применама, брисом. Пећи које се користе за загревање метала који се кује обично се ложе на нафту или гас, или су то индукционе пећи. Емисије могу настати из пећи на гориво са неадекватним промајем и из невентилираних индукционих пећи када улазни метални материјал има површинске загађиваче, као што су уље или инхибитори корозије, или ако је, пре ковања, подмазан за сечење или тестерисање (као у случај барске залихе). У САД, укупне концентрације честица у ваздуху у операцијама ковања обично се крећу од 0.1 до 5.0 мг/м³ и веома варирају у операцијама ковања због топлотних конвекцијских струја. Повишена стопа рака плућа примећена је међу радницима ковања и термичке обраде из два погона за производњу кугличних лежајева.

Пракса здравља и безбедности

Неколико студија је проценило стварне здравствене ефекте код радника који су били изложени штанцању или ковању. Свеобухватна карактеризација потенцијала токсичности већине рутинских операција, укључујући идентификацију и мерење приоритетних токсичних агенаса, није урађена. Процена дугорочних здравствених ефеката технологије подмазивања матрице развијене 1960-их и 1970-их је тек недавно постала изводљива. Као резултат тога, регулација ове изложености подразумева генеричке стандарде за прашину или укупне честице као што је 5.0 мг/м³ у САД. Иако је вероватно адекватан у неким околностима, овај стандард није доказано адекватан за многе примене штанцања и ковања.

Одређено смањење концентрације магле мазива могуће је уз пажљиво управљање процедуром наношења и код штанцања и ковања. Примена ролне у штанцању је пожељна када је то изводљиво, а коришћење минималног притиска ваздуха у спрејевима је корисно. Требало би испитати могуће елиминисање приоритетних опасних састојака. Кућишта са негативним притиском и сакупљачима магле могу бити веома ефикасна, али могу бити некомпатибилна са руковањем деловима. Филтрирање ваздуха који се ослобађа из ваздушних система под високим притиском у пресама би смањило маглу (и буку) пресованог уља. Контакт са кожом у операцијама штанцања може се смањити аутоматизацијом и добром личном заштитном ношењем, обезбеђујући заштиту и од лацерације и од засићења течности. За заваривање постројења за штанцање, прање делова пре заваривања је веома пожељно, а делимична кућишта са ЛЕВ би значајно смањила ниво дима.

Контроле за смањење топлотног стреса у штанцању и топлом ковању укључују минимизирање количине ручног руковања материјалом у подручјима са високом топлотом, заштиту пећи ради смањења зрачења топлоте, минимизирање висине врата пећи и прореза и коришћење вентилатора за хлађење. Положај вентилатора за хлађење треба да буде саставни део дизајна кретања ваздуха ради контроле изложености магли и топлотног стреса; у супротном, хлађење се може постићи само на рачун већих експозиција.

Механизација руковања материјалом, прелазак са ковања чекића на пресовање када је то могуће и прилагођавање брзине рада на ергономски практичан ниво могу смањити број мишићно-скелетних повреда.

Ниво буке се може смањити комбинацијом преласка са чекића на ковачнице када је то могуће, добро дизајнираних кућишта и утишавања дуваљки пећи, квачила за ваздух, ваздушних водова и руковања деловима. Требало би успоставити програм очувања слуха.

Потребна ЛЗО укључује заштиту за главу, заштиту за стопала, заштитне наочаре, штитнике за слух (около су као са прекомерном буком), кецеље и хеланке отпорне на топлоту и уље (са великом употребом мазива за мазање на бази уља) и инфрацрвену заштиту за очи и лице (око пећи).

Опасности по здравље животне средине

Опасности по животну средину које произилазе из постројења за штанцање, релативно мале у поређењу са онима из неких других типова постројења, укључују одлагање отпадне масе за извлачење и раствора за прање и издувавање дима од заваривања без адекватног чишћења. Неке ковачнице су историјски узроковале акутну деградацију локалног квалитета ваздуха са димом од ковања и прашином каменца. Међутим, уз одговарајући капацитет пречишћавања ваздуха, то се не мора догодити. Одлагање отпада за штанцање и каменца за ковање који садрже мазива за калупе је још један потенцијални проблем.

Назад