流程概覽
通過施加高壓縮力和拉伸力來形成金屬零件在整個工業製造中很常見。 在沖壓操作中，金屬（通常為板材、帶材或卷材）在環境溫度下通過模具之間的剪切、壓制和拉伸形成特定形狀，通常採用一系列一個或多個不連續的衝擊步驟。 冷軋鋼是汽車、家電和其他行業中製造鈑金零件的許多沖壓工序的起始材料。 大約 15% 的汽車行業工人在沖壓操作或工廠工作。
在鍛造中，壓縮力被施加到預成型的金屬塊（毛坯），通常加熱到高溫，也在一個或多個離散的壓制步驟中。 最終零件的形狀由所用金屬模具中的型腔形狀決定。 與開式壓模一樣，在落錘鍛造中，毛坯在連接到底部砧座的一個模具和垂直壓頭之間被壓縮。 使用封閉式壓模，如在壓力鍛造中，毛坯在底模和連接到沖頭的上模之間被壓縮。
落錘鍛造使用蒸汽或氣缸來提升錘子，然後通過重力落下或由蒸汽或空氣驅動。 錘擊的次數和力度由操作者手動控制。 操作員在操作落錘時經常握住原料的冷端。 落錘鍛造曾經占美國鍛造總量的三分之二，但如今已不那麼普遍了。
鍛壓機使用機械或液壓油缸以單一、緩慢、受控的衝程對工件進行成型（見圖 1）。 壓力鍛造通常是自動控制的。 它可以在高溫或常溫下完成（冷鍛、擠壓）。 普通鍛造的一種變體是軋製，其中使用連續施加力並且操作員轉動零件。
圖 1. 壓力鍛造
在錘子或壓力衝程之前和之間將模具潤滑劑噴灑或以其他方式施加到模具面和毛坯表面。
軸、齒圈、螺栓和車輛懸架部件等高強度機械零件是普通鋼鍛件。 翼梁、渦輪盤和起落架等高強度飛機部件由鋁、鈦或鎳和鋼合金鍛造而成。 大約 3% 的汽車工人在鍛造操作或工廠工作。
工作環境
重工業中常見的許多危險都存在於沖壓和鍛造操作中。 這些包括因反复處理和加工零件以及操作手掌按鈕等機器控件而導致的重複性勞損 (RSI)。 沉重的零件使工人面臨背部和肩部問題以及上肢肌肉骨骼疾病的風險。 汽車沖壓廠的壓力機操作員的 RSI 率與從事高風險工作的裝配廠工人相當。 大多數沖壓和某些鍛造（例如蒸汽或空氣錘）操作中存在高脈衝振動和噪音，導致聽力損失和可能的心血管疾病； 這些是噪音最高的工業環境（超過 100 dBA）。 與其他形式的自動化驅動系統一樣，工人的能量負荷可能很高，具體取決於處理的零件和機器循環率。
意外的機器運動導致的災難性傷害在沖壓和鍛造中很常見。 這些可能是由於：(1) 機器控制系統的機械故障，例如在通常期望工人處於機器操作範圍內的情況下的離合器機構（不可接受的過程設計）； (2) 機器設計或性能方面的缺陷會引起未編程的工人干預，例如移動卡住或未對準的零件； (3) 在沒有充分鎖定所涉及的整個機器網絡的情況下執行不當、高風險的維護程序，包括零件傳輸自動化和其他連接機器的功能。 大多數自動化機器網絡未配置為快速、高效和有效的鎖定或安全故障排除。
在由壓縮空氣驅動的沖壓和鍛壓機操作中，正常操作期間產生的機器潤滑油霧氣是另一種常見的健康危害，可能使工人面臨呼吸道、皮膚病和消化系統疾病的風險。
健康和安全問題
沖壓
由於需要處理邊緣鋒利的零件，沖壓操作存在嚴重撕裂的高風險。 可能更糟糕的是處理由切割周邊和沖壓出的零件部分產生的廢料。 廢料通常由重力進料槽和傳送帶收集。 清除偶爾發生的堵塞是一項高風險活動。
沖壓特有的化學危害通常有兩個主要來源：實際沖壓操作中的拉伸化合物（即模具潤滑劑）和沖壓部件組裝產生的焊接排放物。 大多數沖壓都需要拉伸化合物 (DC)。 材料被噴塗或滾壓到金屬板上，沖壓過程本身會產生更多的霧氣。 與其他金屬加工液一樣，拉伸化合物可以是純油或油乳液（可溶性油）。 成分包括石油餾分、特殊潤滑劑（例如動植物脂肪酸衍生物、氯化油和蠟）、鏈烷醇胺、石油磺酸鹽、硼酸鹽、纖維素衍生增稠劑、腐蝕抑製劑和殺菌劑。 沖壓操作中霧氣的空氣濃度可能達到典型機加工操作的濃度，儘管這些水平平均較低（0.05 至 2.0 mg/m3). 然而，建築物表面經常存在可見的霧氣和積聚的油膜，並且由於零件的大量處理，皮膚接觸可能更高。 最有可能造成危害的接觸物是氯化油（可能致癌、肝病、皮膚病）、松香或妥爾油脂肪酸衍生物（致敏劑）、石油餾分（消化道癌症）以及可能的甲醛（來自生物殺滅劑）和亞硝胺（來自鏈烷醇胺和亞硝酸鈉，作為 DC 成分或在來料鋼材的表面塗層中）。 在兩家汽車沖壓廠中觀察到消化道癌增多。 通過將 DC 從開放式容器滾動到金屬板上來應用 DC 的系統中的微生物繁殖可能會給工人帶來呼吸和皮膚病問題的風險，類似於機加工操作中的問題。
沖壓件的焊接通常在沖壓廠進行，通常不進行中間清洗。 這會產生排放物，包括金屬煙霧和來自拉絲化合物和其他表面殘留物的熱解和燃燒產物。 沖壓廠的典型（主要是電阻）焊接操作會產生 0.05 至 4.0 mg/m 的總顆粒空氣濃度3. 金屬含量（如煙霧和氧化物）通常佔顆粒物的不到一半，表明高達 2.0 mg/m3 化學碎片的特徵很差。 結果在許多沖壓廠的焊接區域出現了可見的霧霾。 氯化衍生物和其他有機成分的存在引起了人們對這些環境中焊接煙霧成分的嚴重擔憂，並強烈主張進行通風控制。 焊接前應用其他材料（例如底漆、油漆和環氧樹脂類粘合劑），其中一些材料隨後被焊接，這進一步增加了擔憂。 焊接生產維修活動通常是手動完成的，通常會導致更多人暴露於這些相同的空氣污染物中。 在一家汽車沖壓廠的焊工中觀察到肺癌發病率過高。
鍛造
與沖壓一樣，當工人處理鍛造零件或修剪零件的飛邊或不需要的邊緣時，鍛造操作可能會帶來很高的割傷風險。 高衝擊力鍛造還可能彈出碎片、氧化皮或工具，造成傷害。 在一些鍛造活動中，工人在壓製或衝擊步驟中用鉗子夾住工件，增加了肌肉骨骼受傷的風險。 在鍛造中，與沖壓不同，加熱零件（用於鍛造和退火）的爐子以及熱鍛件的箱子通常就在附近。 這些為高熱應激條件創造了潛力。 熱應激的其他因素是工人在手動處理材料期間的代謝負荷，以及在某些情況下，油基模具潤滑劑的燃燒產物產生的熱量。
大多數鍛造都需要模具潤滑，並且具有潤滑劑與高溫零件接觸的附加功能。 這不僅在模具中而且隨後在冷卻箱中的吸煙部件中引起立即熱解和霧化。 鍛模潤滑劑成分可包括石墨漿、聚合物增稠劑、磺酸鹽乳化劑、石油餾分、硝酸鈉、亞硝酸鈉、碳酸鈉、矽酸鈉、矽油和殺生物劑。 它們作為噴霧劑使用，或者在某些應用中，通過拭子使用。 用於加熱鍛造金屬的爐子通常以燃油或燃氣為燃料，或者是感應爐。 當進料金屬原料表面有污染物（如油或腐蝕抑製劑）時，或者如果在鍛造前為剪切或鋸切潤滑（如在棒料的情況）。 在美國，鍛造操作中的總微粒空氣濃度通常在 0.1 到 5.0 mg/m 之間3 由於熱對流，在鍛造操作中變化很大。 在兩個滾珠軸承製造廠的鍛造和熱處理工人中觀察到肺癌發病率升高。
健康和安全實踐
很少有研究評估過接觸沖壓或鍛造工人的實際健康影響。 大多數常規操作的毒性潛能的全面表徵，包括優先有毒物質的識別和測量，尚未完成。 評估 1960 年代和 1970 年代開發的模具潤滑技術對健康的長期影響直到最近才變得可行。 因此，對這些暴露的監管默認為通用粉塵或總顆粒物標準，例如 5.0 mg/m3 在美國。 雖然在某些情況下可能足夠，但該標準對於許多沖壓和鍛造應用來說顯然不夠。
通過仔細管理沖壓和鍛造中的應用程序，可以減少模具潤滑劑霧的濃度。 在可行的情況下，最好在沖壓中進行滾塗，在噴塗中使用最小氣壓是有益的。 應調查可能消除優先危險成分的可能性。 帶有負壓和油霧收集器的外殼可能非常有效，但可能與零件處理不兼容。 過濾壓力機中高壓空氣系統釋放的空氣可以減少壓力機油霧（和噪音）。 自動化和良好的個人防護服可以減少沖壓操作中的皮膚接觸，從而提供防止撕裂和液體飽和的保護。 對於沖壓廠焊接，焊接前清洗零件是非常可取的，使用 LEV 的部分外殼將大大降低煙霧水平。
減少沖壓和熱鍛造熱應力的控制措施包括最大限度地減少高熱區域的人工材料處理量、屏蔽爐子以減少熱輻射、最小化爐門和槽的高度以及使用冷卻風扇。 冷卻風扇的位置應該是空氣流動設計的一個組成部分，以控制霧氣暴露和熱應力； 否則，只有以更高的暴露量為代價才能獲得冷卻。
材料處理的機械化，盡可能從錘鍛轉換為壓力鍛造，並將工作速度調整到符合人體工程學的實際水平，可以減少肌肉骨骼損傷的數量。
可以通過在可能的情況下從錘子切換到壓力鍛造、精心設計的外殼和爐鼓風機、空氣離合器、空氣導管和零件處理的靜音組合來降低噪音水平。 應制定聽力保護計劃。
所需的 PPE 包括頭部保護、腳部保護、護目鏡、聽力保護器（周圍有過度噪音）、防熱和防油圍裙和綁腿（大量使用油基模具潤滑劑）和紅外線眼睛和麵部保護（周圍爐）。
環境健康危害
與其他一些類型的工廠相比，沖壓廠產生的環境危害相對較小，包括廢拉絲化合物和洗滌液的處理，以及未經充分清潔就會排放焊接煙霧。 歷史上，一些鍛造廠因鍛造煙霧和氧化皮粉塵導致當地空氣質量急劇下降。 但是，如果有適當的空氣淨化能力，則不需要發生這種情況。 含有模具潤滑劑的沖壓廢料和鍛造氧化皮的處理是另一個潛在問題。