Ведение
Обработка различных материалов резанием является одним из основных способов получения точных размеров и форм деталей машин. Наиболее рациональное его использование в условиях современного машиностроительного производства требует значительного улучшения технологии в заготовительных цехах — литейном и кузнечно-прессовом, доведения припусков до целесообразных норм механической обработки в целях получения готовых изделий высокого качества при минимальных отходах обрабатываемого материала в стружку.
Процесс резания непрерывно развивается. Внедрение в производство новых режущих инструментов и их постоянное совершенствование позволили значительно повысить скорость резания. Соответственно увеличена быстроходность металлорежущих станков.
Значительно увеличился удельный вес специальных и специализированных станков, автоматов и полуавтоматов, автоматических станочных линий в парке металлорежущих станков. Несмотря на то, что все более широко применяется парк станков с ЧПУ, доля станков с ручным управлением до настоящего времени составляет значительную часть от общего числа станков.
Повсеместное повышение режимов резания и внедрение станков и линий с автоматическим и полуавтоматическим циклом работы способствовали резкому росту производительности труда. Но вместе с тем возник ряд весьма важных задач. Одной из таких задач является изыскание способов непрерывного удаления из зоны резания стружки и пыли обрабатываемого материала.
Эта задача становится особенно актуальной в связи с широким внедрением в промышленность неметаллических материалов: графита, карболита, текстолита, стеклотекстолита и многих других.
Факторы экономического и технологического характера заставляют специалистов всего мира проявлять огромный интерес к промышленному использованию пластических материалов. Эти материалы хорошо обрабатываются режущими инструментами, поэтому использование металлорежущих станков для их обработки стало обычным явлением.
Пластические материалы содержат наполнители, в качестве которых используются асбестовые, хлопковые и другие ткани, стекловолокно фарфоровая, кварцевая и древесная мука, каолин, графит, серебряная, медная, алюминиевая пудра и др. Пыль многих наполнителей вредна для организма человека, и допустимое количество ее в зоне дыхания строго нормировано.
Особенно отрицательно сказывается действие стружки и пыли при резании материалов на больших скоростях.
При обработке хрупких металлов (чугун, латунь, бронза и некоторых неметаллических материалов на современных режимах резания стружка от станка разлетается на значительное расстояние (3-5м). Металлическая стружка, имеющая высокую температуру и большую кинетическую энергию, представляет серьезную опасность не только для работающего на станке, но и лиц, находящихся вблизи станка.
Мелкая стружка и пыль обрабатываемого материала, проникая в трущиеся части станка, вызывают преждевременный их износ, а в некоторых случаях аварии.
Следует иметь в виду, что стружка и пыль разрушают и загрязняют лакокрасочные покрытие станков, сдерживая этим современную тенденцию к переходу на светлые тона лакокрасочных покрытий, т.е. значительно препятствуют использованию весьма важного элемента производственной эстетики цветового оформления станков.
Конструкторы станков уделяют внимание проблеме отведения пыли от шлифовальных, заточных и полировальных станков. В этой области найдены удовлетворительные технические решения, которые применяются на многих промышленных предприятиях. Проблеме удаления пыли и стружки из зоны резания при точении, фрезеровании и сверлении хрупких материалов на универсальных, агрегатных станках и автоматических линиях до сих пор не уделялось должного внимания.
Обработкой указанных выше материалов на металлорежущих станках заняты десятки тысяч рабочих. Создание для такого огромного контингента станочников условий для дальнейшего повышения производительности труда при одновременном повышении культуры и безопасности труда является одной из важнейших задач.
1. Причины повреждения глаз при работе на металлорежущих станках
Анализ собранных материалов [11] показывает, что из общего числа пострадавших при работе на металлорежущих станках на ряде заводов более 50% составляют токари, около 10% фрезеровщики и около 8% заточники и шлифовщики. Глаза повреждаются отлетающей стружкой, пылевыми частицами обрабатываемого материала, осколками режущего инструмента и частицами абразива.
Стружка и пылевые частицы обрабатываемого материала причинили наибольшее количество повреждений с временной утратой трудоспособности. Зарегистрировано несколько случаев повреждения глаз отлетающей стружкой при работе в обычных (открытых с боков) очках.
Отлетающая стружка и пылевые частицы, как известно, образуются при точении и фрезеровании хрупких материалов, при шлифовании различных материалов, а также при точении вязких металлов (сталей) режущим инструментом, снабженным стружкодробящими устройствами. При современных режимах резания металлическая элементная стружка имеет высокую температуру (400—600°) и большую кинетическую энергию. Работать на больших скоростях резания (более 80 м/мин) без соответствующих защитных устройств весьма опасно. Основными средствами защиты глаз от отлетающей стружки и пылевых частиц обрабатываемого материала и инструмента являются защитные очки (обычные и с боковой защитой) и ограждения зоны.
Однако при анализе причин повреждения глаз выявлено, что примерно в 15 случаях травмирования из 100 защитные средства на рабочих местах отсутствовали. В остальных же 85 случаях защитные средства имелись, но в момент травмирования станочники ими не пользовались.
Следует отметить, что в ряде случаев это были высококвалифицированные станочники, имеющие значительный стаж работы по профессии и своевременно получившие полный инструктаж по технике безопасности. Возникает весьма сложный и важный вопрос — почему вышеуказанными защитными средствами рабочие часто не пользуются. Для ответа на этот вопрос необходимо, прежде всего, дать технико-экономическую оценку защитным средствам во взаимосвязи с условиями их применения.
Защитные очки. Для защиты глаз от стружки и пылевых частиц обрабатываемого материала при резании применяют очки открытого типа, очки с боковой защитой и в меньшей степени очки закрытого типа.
Наиболее надежны в рассматриваемых условиях очки с боковой защитой и очки закрытого типа.
Однако при работе в защитных очках, особенно в очках с боковой защитой и очках закрытого типа, заметно осложняется наблюдение через смотровые стекла за точными и тонкими рабочими операциями (процесс снятия пробных стружек, отсчет по нониусу, визуальное наблюдение за качеством обрабатываемой поверхности и др.).
Во-первых, защитные очки сужают поле зрения, что очень заметно при работе в очках с боковой защитой и в очках закрытого типа. Во-вторых, внутренняя поверхность стекол очков быстро запотевает вследствие значительного перепада температур подочкового пространства и окружающей среды.
При обработке сильнопылящих хрупких материалов стекла очков, особенно с наружной поверхности, быстро покрываются тонким слоем пыли и делаются малопрозрачными.
Если к сужению поля зрения при работе в очках человек постепенно привыкает, то запотевание и загрязнение стекол пылью резко снижает остроту зрения, вынуждает рабочих часто снимать очки для протирки, причем при интенсивном образовании пыли станочник не всегда может быстро восстановить прозрачность стекол. В результате снижается производительность труда. Поэтому станочники часто не пользуются защитными очками, хотя и знают об опасности.
Вопросам защиты глаз очками от летящих частиц уделяется большое внимание и в других странах. Так, в Германии хорошо организовано снабжение предприятий индивидуальными средствами защиты, выпускаются очки различных конструкций. Однако рабочие не всегда пользуются защитными очками, и повреждения глаз летящими частицами пока еще случаются.
Директор исследовательского отдела Бирмингемского глазного госпиталя Д. А. Кэмпбелл пишет о том, что 62% всех глазных несчастных случаев были вызваны летящими частицами. Кроме того, по той же причине имелось значительное число мелких глазных травм, которые не отражены в отчете, поскольку отсутствие рабочего продолжалось менее трех дней, но суммарно это составляет огромную потерю рабочего времени [17].
В статье «Защита глаз в промышленности» [18] сообщается, что в США в результате промышленных несчастных случаев более 80000 человек потеряли зрение одного глаза и около 8000 потеряли зрение обоих глаз.
Итак, защита глаз на производстве является еще неразрешенной проблемой и в других странах.
Из сказанного выше можно сделать вывод, что основной причиной не использования станочниками защитных очков при обработке хрупких материалов является быстрая потеря остроты зрения вследствие запотевания и загрязнения пылью очковых стекол.
Средства против запотевания (карандаши, пасты, пленки) на заводах практически не применяются, тогда как применение этих средств позволило бы несколько увеличить степень использования станочниками защитных очков. Кроме того, степень использования защитных очков может быть увеличена путем применения оптических стекол, корригирующих зрение. При обработке хрупких цветных сплавов (бронза, латунь и др.) целесообразнее применять очки с боковой защитой.
Ограждения зоны резания. В России и за рубежом нашли широкое применение ограждения зоны резания станков, осуществляемые с целью защиты станочников от травмирования отлетающей стружкой и уменьшения степени рассеивания стружки по станку и рабочему месту. На многих стенках они успешно выполняют свои защитные функции.
Однако ограждения зоны резания не полностью разрешают задачи охраны труда при резании хрупких металлов и сплавов и различных неметаллических материалов, особенно пластмасс. Не разрешается проблема обеспыливания. Ограждения, как правило, не препятствуют разбрасыванию мелких стружек в направлении задней бабки.
Изучение степени использования ограждений зоны резания при точении хрупких материалов, на ряде заводов, показало, что в среднем в 30 случаях из 100 рабочие их не применяют.
Неполное использование рабочими ограждений зовы резания как защитного средства при обработке хрупких материалов обуславливается следующими факторами:
1. В условиях большой запыленности смотровое окно ограждения быстро покрывается тонким слоем пыли и теряет прозрачность. Это препятствует наблюдению за процессом резания и вынуждает рабочего часто протирать смотровое окно, на что требуется время, не предусматриваемое нормами.
Так, например, при точении на современных режимах резания серого чугуна прозрачность смотрового окна ограждения терялась уже через 18—20 мин работы, при точении текстолита — через 15—18 мин, при точении графита — через 8— 10 мин.
Таким образом, для нормального наблюдения за процессом резания через смотровое окно ограждения его нужно протирать: при точении чугуна — 22 раза в смену; при точении текстолита — 26 раз в смену; при точении графита — 46 раз в смену. Практически это не выполнимо, а поэтому ограждением зоны резания пользуются, как правило, только при выполнении операций, не требующих точного зрительного контроля.
2. Подавляющее большинство ограждений зоны резания металлорежущих станков имеет ручное управление. При современных режимах и методах обработки рабочий для управления ограждением должен совершать в смену весьма большое количество движений: для выполнения вспомогательных операций зону резания необходимо открыть, а перед началом резания закрыть.
Во многих случаях токарной обработки это время весьма значительно. Так, например, при обработке детали с двух установок резцедержателя, при норме 150 деталей в смену, время, потребное на управление ограждением зоны резания, составит
мин.
Как правило, время, необходимое на ручное управление ограждением зоны резания не учитывают при нормировании, ошибочно считая его незначительным. Между тем, исследования показывают, что это время в ряде случаев превышает 5% рабочего времени.
Из сказанного выше можно сделать вывод, что основными причинами не использования во многих случаях станочниками ограждений зоны резания при обработке хрупких материалов являются: быстрое загрязнение смотрового окна пылью обрабатываемого материала и значительное (ненормируемое) время, потребное на ручное управление ограждением зоны резания.
Степень использования ограждений зоны резания и эффективность их действия могут быть значительно повышены путем автоматизации управления ими. Конструкция автоматизированного ограждения должна обеспечивать закрытие зоны резания после выполнения станочником всех вспомогательных операций. С этой целью управление ограждением во многих случаях целесообразно блокировать с рукояткой подач или с рукояткой (кнопкой) включения шпинделя.
Наряду с задачами защиты глаз очками от летящих частиц, защиты станочников от травмирования отлетающей стружкой с помощью ограждений зоны резания, в условиях высокой запыленности (при обработке сильнопылящих хрупких материалов без охлаждения), особенно при выполнении работ, требующих точного зрительного контроля, необходимо решать и проблему обеспыливания воздуха.