Chuyên mục lưu trữ: Sản xuất sản phẩm

Sản xuất sản phẩm #H008 – Vòng bi

Lịch sử

Từ khi loài người bắt đầu cần di chuyển đồ vật, họ đã dùng những con lăn tròn để giúp công việc được dễ dàng hơn. Có lẽ các con lăn đầu tiên là các cây gỗ hoặc khúc gỗ, đó là một cải tiến lớn so với việc kéo đồ vật trên mặt đất, nhưng đó vẫn là một công việc khá nặng nhọc. Người Ai Cập đã dùng những khúc gỗ để lăn các khối đá lớn để xây dựng kim tự tháp. Cuối cùng, một ai đó đã đưa ra ý tưởng cố định con lăn này vào bất cứ cái gì di chuyển, và tạo ra phương tiện đầu tiên có bánh xe. Tuy nhiên, những thứ này vẫn có vòng đỡ được làm từ vật liệu cọ xát lên nhau thay vì lăn lên nhau. Mãi đến cuối thế kỷ 18 thì thiết kế cơ bản của vòng đỡ mới được phát triển. Trong năm 1794, một thợ rèn xứ Wales tên là Philip Vaughan đã phát minh ra thiết kế của vòng bi để đỡ cho trục của xe hàng. Quá trình phát triển tiếp tục cho đến thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, đã thúc đẩy sự tiến bộ của xe đạp và xe hơi.

Có hàng ngàn loại vòng bi có kích thước, hình dạng khác nhau; vòng bi, vòng lăn, vòng đỡ kim, và vòng đỡ lăn là những loại chủ yếu. Kích thước của nó từ cỡ nhỏ đủ để chạy các động cơ rất nhỏ cho đến những vòng bi khổng lồ dùng để đỡ các bộ phận quay trong các nhà máy thủy điện; những vòng bi lớn có thể tới 10 feet (3.04 m) đường kính và cần có cẩu để lắp đặt. Những kích thước phổ biến có thể dễ dàng lắp bằng tay và được dùng trong những thứ như động cơ điện.

Bài viết này sẽ chỉ mô tả các vòng bi (ball bearing). Trong loại vòng đỡ này, phần lăn là các viên bi, lăn giữa các vòng trong và ngoài được gọi là vòng ổ bi. Các viên bi được giữ bởi một lồng, nó có tác dụng giữ bi ở những khoảng cách đều nhau quanh các vòng ổ bi. Ngoài những bộ phận này, có rất nhiều những chi tiết thêm cho những loại vòng bi đặc biệt, như nút bịt để giữ dầu hoặc mỡ bên trong và bụi bẩn ở bên ngoài, hoặc các bu-lông để giữ vòng bi cố định. Chúng ta sẽ không bàn tới ở đấy những chi tiết thêm này.

Các vật liệu thô

Hầu như tất cả các chi tiết của các loại vòng bi là được làm từ thép. Do vòng bi phải chịu rất nhiều sức nén, nên nó cần phải được làm từ loại thép rất khỏe. Phân loại tiêu chuẩn công nghiệp cho loại thép này trong những vòng bi là 52100, loại này nghĩa là nó có 1% chrom và 1% các-bon (được gọi là hợp kim khi thêm vào loại thép cơ bản). Loại thép này có thể được làm rất cứng và bền bằng quá trình xử lý nhiệt. Tại những vị trí có thể có vấn đề về gỉ sét, vòng bi được làm bằng thép không gỉ 440C.

Lồng bi truyền thống được làm từ thép mỏng, nhưng một vài loại vòng bi bây giờ dùng các lòng bàng nhựa đúc, do chúng có chi phi sản xuất ít hơn để sản xuất và tạo ra ít ma sát hơn.

Quy trình sản xuất

Có bốn bộ phận chính của một vòng bi tiêu chuẩn: vòng ổ bi ngoài, các bi lăn, vòng ổ bi trong, và lồng.

Vòng ổ bi

  • 1 Cả hai loại vòng ổ bi được làm hầu như giống nhau. Do chúng đều là những vòng thép, quy trình bắt đầu với một ống thép có một kích thước phù hợp. Các máy tự động tiện dùng các công cụ cắt để cắt ra hình dạng cơ bản của vòng ổ bi, để cho tất cả các kích thước hơi lớn hơn một chút. Nguy nhân để chúng hơi lớn là do các vòng ổ bi phải được đi xử lý nhiệt trước khi hoàn thiện và thép thường bị cong vênh trong suốt quá trình này. Chúng có thể được gia công lại về kích thước hoàn thiện sau quá trình xử lý nhiệt.
  • 2 Các vòng ổ bi cắt thô được đặt vào trong một buồng xử lý nhiệt ở khoảng 1550 độ Fahrenheit (843 độ C) trong khoảng vài giờ (tùy theo kích thước của chi tiết), sau đó chúng được nhúng vào trong một bể dầu để làm mát và làm chúng rất cứng. Quá trình làm cứng này cũng làm chúng trở nên giòn hơn vì vậy bước tiếp theo là cần ram (temper) chúng. Quá trình này được thực hiện bằng cách nung nóng hợp kim trong một lò nhiệt thứ hai ở khoảng 300 độ Fahrenheit (148.8 độ C), và sau đó để chúng làm mát trong không khí. Toàn bộ quá trình xử lý nhiệt này làm cho các chi tiết vừa cứng và vừa bền.
  • 3 Sau quá trình xử lý nhiệt, các vòng ổ bi đã sẵn sàng để hoàn thiện. Tuy nhiên, các vòng ổ bi lúc này quá cứng để có thể cắt bằng các công cụ cắt, vì vậy toàn bộ quá trình gia công còn lại phải được thực hiện bằng đá mài. Nhiều khả năng các bạn sẽ tìm ở bất cứ cửa hàng dụng cụ và mũi khoan nào, trừ một vài loại và hình dạng đặc biệt cần để hoàn thiện các vòng ổ bi. Hầu như tất cả mọi vị trí trên vòng ổ bi được hoàn thiện bằng quá trình mài, tạo ra một bề mặt rất nhẵn và chính xác. Các bề mặt tại đó các vòng bi ăn khớp với máy phải rất nhẵn, và các cạnh phải phẳng. Bề mặt mà các bi lăn lên đó đầu tiên được mài và sau đó cà bóng. Điều này có nghĩa là một loại chất ăn mòn rất tinh được dùng để đánh bóng các vòng ổ bi trong vài giờ để đạt được bề mặt hoàn thiện gần như gương. Tại thời điểm này, các vòng ổ bi đã được hoàn thiện, và sẵn sàng để lắp chúng với các bi.

Bi

  • 4 Bi khó để làm hơn một chút, mặc dù hình dạng của chúng rất đơn giản. Điều ngạc nhiên là các viên bi được bắt đầu ở dạng dây dày. Dây kim loại này được cấp tư một cuộn đi vào trong một máy để cắt thành những đoạn ngắn, và sau đó nó bị ép mạnh ở cả hai đầu để phình ra ở giữa. Quá trình này được gọi là dập đầu lạnh (cold heading). Cái tên này xuất phát từ thực tế là sợi dây kim loại không cần nung nóng trước khi bị nghiền. Dù ở tốc độ nghiền nào thì các viên bi lúc này cũng giống như sao Thổ, với một vòng bao quanh ở giữa được gọi là bavia (flash).
Điều ngạc nhiên là các viên bi lăn được bắt đầu làm từ sợi dây thép dày. Sau đó, trong quá trình dập đầu lạnh, sợi dây này được cắt thành những mảnh nhỏ và được ép ở hai đầu giữa hai khuôn thép. Kết quả là viên bi có dạng như sao Thổ, với một vòng ở giữa được gọi là “bavia”
  • 5 Quy trình gia công đầu tiên loại bỏ bavia này. Các vòng bi được đặt giữa các bề mặt của hai đĩa bằng gang, tại đây chúng được dẫn vào các rãnh. Bên trong các rãnh này nhám và làm rách bavia của các viên bi. Một bánh xe quay tròn, trong khi cái còn lại đứng im. Bánh xe tĩnh có các lỗ xuyên để các viên bi có thể được dẫn vào trong và đưa ra ngoài các rãnh. Một băng chuyền đặc biệt dẫn các viên bi vào trong một lỗ, các viên bi lắc quanh cái rãnh này, và sau đó đi ra khỏi một lỗ khác. Chúng sau đó được dẫn trở lại băng chuyền này nhiều lần qua các rãnh bánh xe, cho đến khi chúng được cắt khá tòn, hầu như là kích thước chính xác và bavia lúc này hoàn toàn biến mất. Một lần nữa, các viên bi được để quá kích thước để chúng có thể được mài về kích thước hoàn thiện sau khi xử lý nhiệt. Lượng thép còn lại đẻ hoàn thiện không nhiều; chỉ khoảng 8/1000 inch (0.2 mm), tương đương với độ dày của hai tờ giấy.
Bavia xung quanh viên bi được loại bỏ trong một quy trình gia công. Các viên bi được đặt vào trong các rãnh nhám giữa hai đĩa gang. Một đĩa quay trong khi đĩa còn lại thì đứng yên, ma sát giúp loại bỏ bavia. Tại đây, các viên bi được xử lý nhiệt, mài, và cà bóng, cuối cùng các viên bi có bề mặt rất nhẵn bóng.
  • 6 Quá trình xử lý nhiệt cho các viên bi này tương tự như với vòng ổ bi, do loại thép là như nhau và tốt nhất là để cho các chi tiết mòn với cùng một tốc độ. Cũng giống như các vòng ổ bi, các viên bi trở nên cứng và bền sau quá trình xử lý nhiệt và ram. Sau khi xử lý nhiệt, các viên bi được đặt lại vào trong một máy hoạt động tương tự như máy loại bỏ bavia, ngoại trừ các bánh xe là các bánh đá mài thay vì các bánh cắt. Các bánh này mài viên bi sao cho chúng trở nên tròn và trong vài chục phần nghìn inch của kích thước hoàn thiện của chúng.
  • 7 Sau đó, các viên bi này di chuyển tới một máy cà bóng, máy này có các bánh xe bằng gang và dùng loại chất cà bóng ăn mòn tương tự như dùng trên các vòng ổ bi. Ở đây, chúng sẽ được cà bóng trong khoảng từ 8 – 10 giờ, tùy theo độ chính xác của vòng bi mà chúng sẽ được lắp như thế nào. Một lần nữa, kết quả có được là thép cực kỳ bóng.

Lồng bi

  • 8 Các lồng thép được đột dập từ tấm kim loại khá mỏng, giống như cắt một cái bánh quy, và sau đó gấp thành hình dạng cuối cùng trong một khuôn. Một bộ khuôn được làm từ hai tấm thép ghép vừa với nhau, có một cái lỗ có hình dạng của chi tiết hoàn thiện bên trong. Khi lồng được đặt vào giữa và khuôn đóng lại thì lồng này bị uốn theo hình dạng của lỗ bên trong. Khuôn dập sau đó mở ra và chi tiết hoàn thiện được lấy ra ngoài, và sẵn sàng để lắp ráp.
  • 9 Các lồng nhựa thường được làm bởi một quy trình được gọi là ép nhựa. Trong quy trình này, một khuôn kim loại được điền đầy bởi nhựa nóng chảy chảy vào bên trong và để nguội cho đến khi nhựa đông đặc lại. Khuôn này sau đó mở ra và lồng hoàn thiện được lấy ra, sẵn sàng để lắp ráp.

Lắp ráp

  • 10 Lúc này tất cả các chi tiết đã được sản xuất, vòng bi cần được ghép lại với nhau. Đầu tiên, vòng ổ bi trong được đặt trong vòng ổ bi ngoài, một phía cách càng xa càng tốt. Điều này tạo ra khoảng trống giữa chúng ở phía đối diện đủ lớn để lắp các viên bi giữa chúng. Số lượng bi cần thiết được đặt vào trong, sau đó các vòng ổ bi di chuyển để chúng cân chính giữa, và các viên bi được phân bố đều quanh vòng bi. Tại thời điểm này, lồng bi đã được lắp đặt để giữ các viên bi tách biệt khỏi nhau. Các lồng bi nhựa thường chỉ cần bám vào, trong khi đó các lồng bi nhựa thường phải đặt vào trong và tán lại với nhau. Bây giờ các vòng bi đã được lắp ráp, và nó được phủ lên một lớp chống bụi bẩn và đóng gói để vận chuyển.
Bốn bộ phận của một vòng bi hoàn chỉnh: vòng trong, vòng ngoài, lồng, và bi.

Quản lý chất lượng

Sản xuất vòng bi là một ngành kinh doanh rất chính xác. Các bài kiểm tra được thực hiện trên các mẫu thép nguyên liệu tới nhà máy để đảm bảo nó có đúng thành phần hợp kim bên trong. Các bài kiểm tra độ cứng và độ bền cũng được thực hiện ở một vài khâu của quá trình xử lý nhiệt. Ngoài ra cũng có nhiều bài kiểm tra trong quá trình sản xuất để đảm bảo các kích thước và hình dạng chính xác. Bề mặt của các viên bi và bề mặt chúng lăn trên vòng ổ bi phải cực kỳ nhẵn. Dung sai lệch tròn của các viên bi là 25 / triệu inch, ngay cả đối với các vòng bi rẻ tiền. Các vòng vi tốc độ cao hoặc chính xác thì chỉ cho phép dung sai lệch tròn là 5 / triệu inch.

Tương lai

Các vòng bi sẽ được sử dụng trong nhiều năm tới, bởi vì chúng rất đơn giản và việc sản xuất không tốn kém. Một vài công ty đã thí nghiệm việc tạo các viên bi trong không gian trên tàu vũ trũ. Trong không gian, các khối kim loại nóng chảy có thể đổ ra trên không khí và trọng lực bằng 0 cho phép chúng có thể nổi trong không khí. Các khối này tự động tạo thành các khối cầu hoàn hảo khi chúng được làm mát và rắn lại. Tuy nhiên, việc du hành vũ trụ vẫn rất đắt, vì vậy chi phí của một “viên bi không gian” có thể thực hiện được rất nhiều việc đánh bóng trên mặt đất.

Một dạng vòng đỡ khác, vòng đỡ mà hai vật thể không bao giờ chạm vào nhau, rất hiệu quả để chạy nhưng khó để chế tạo. Một loại dùng từ trường để đẩy cái còn lại và có thể được sử dụng để giữ các vật thể tách khỏi nhau. Đây là cách mà loại tàu “mag-lev” (magnetic levitation – nâng từ trường) được chế tạo. Một loại dùng khí trong khoảng không giữa các bề mặt khép kín, làm cho chúng nổi lên nhau trên một tấm đệm khí nén. Tuy nhiên, cả hai loại ổ đỡ này đều đắt hơn nhiều để chế tạo và vận hành so với loại vòng bi tin cậy và đơn giản này.

Đọc thêm

Deere & Company Staff, eds. Bearings & Seals, 5th ed. R. R. Bowker, 1992.

Eschmann, Paul. Ball & Roller Bearings: Theory, Design & Application, 2nd ed.

Harris, Tedric A. Rolling Bearing Analysis, 3rd ed. John Wiley & Sons, Inc., 1991.

Houghton, P. S. Ball & Roller Bearings. Elsevier Science Publishing Company, Inc., 1976.

Nisbet, T. S. Rolling Bearings. Oxford University Press, 1974.

Shigley, J. E. Bearings & Lubrication: A Mechanical Designer’s Workbook. McGraw-Hill, Inc., 1990.

Gardner, Dana. “Ceramics Adds Life to Drives,” Design News. March 23,1992, p. 63.

Hannoosh, J. G. “Ceramic Bearings Enter the Mainstream,” Design News. November 21, 1988, p. 224.

McCarty, Lyle H. “New Alloy Produces Quieter Ball Bearings,” Design News. May 20, 1991, p. 99.

(dịch từ madehow)

Sản xuất sản phẩm #H007 – Muối nở

Lịch sử

Muối nở là một chất bột tinh thể màu trắng (NaHCO3), được biết đến trong hóa học là natri bi các-bonat (sodium bicarbonate), natri hydro các-bonat, hoặc natri axit các-bonat. Nó được phân loại là một loại muối axit, hình thành bằng cách kết hợp một axit (các bonic) và một ba-zơ (natri hydroxide), và chúng phản ứng hóa học với nhau. Ở nhiệt độ trên 300 độ Fahrenheit (149 độ C), muối nở phân hủy thành natri các-bonat (một chất ổn định hơn), nước và các-bon đi-oxide.

Đặc tính vật lý và hóa học của muối nở giúp nó có nhiều ứng dụng thực tế, bao gồm làm sạch, khử mùi, đệm, và dập lửa. Muối nở làm trung hòa mùi hóa học, hơn là che phủ hoặc hút chúng. Kết quả là nó được dùng trong muối bồn tắm và các bột thân thể khử mùi. Muối nở có xu hướng duy trì độ pH ở khoảng 8.1 (7 là trung tính) ngay cả khi axit, có độ pH thấp, hoặc ba-zơ, làm tăng pH, được thêm vào dung dịch. Khả năng của nó có thể tạo thành viên giúp nó làm một thành phần sủi bọt tốt trong các sản phẩm làm sạch răng và chống axit. Muối nở cũng có trong một số sản phẩm súc miệng và kem đánh răng. Khi muối nở được dùng làm chất làm sạch ở dạng kem hoặc khô trên bọt biển ẩm, cấu trúc dạng tinh thể của nó tạo ra sự ăn mòn nhẹ giúp loại bỏ bẩn mà không làm trầy xước các bề mặt nhạy cảm. Tính kiềm nhẹ của nó hoạt động để chuyển các axit béo có trong bụi bẩn và dầu mỡ thành dạng xà phòng có thể hòa tan trong nước và tẩy rửa dễ dàng. Muối nở cũng được dùng làm chất lên men trong việc làm các món nướng như bánh mỳ hoặc pancake. Nếu kết hợp nó với một chất tính axit (như nước chanh), khí các-bon đi-oxide được giải phóng và được hấp thụ bởi các tế bào của sản phẩm. Khi khí nở ra trong khi nướng, các thành tế bào cũng nở ra, tạo ra sản phẩm được lên men.

Ngoài rất nhiều những ứng dụng trong gia đình, muối nở cũng có nhiều ứng dụng trong công nghiệp. Lấy ví dụ, muối nở sinh ra khí các-bon đi-ô-xít khi nung nóng. Do khí các-bon đi-ô-xít nặng hơn không khí nên nó có thể dập lửa bằng cách cách ly khí ô-xy, do đó muối nở trở thành một chất hữu dụng trong các bình chữa cháy. Các ứng dụng khác bao gồm điều chỉnh ô nhiễm không khí (bởi vì nó có thể hút sulfur đi-ô-xít và các chất khí thải axit khác), đánh bóng để loại bỏ lớp phủ bề mặt, sản xuất hóa chất, thuộc da, chất lỏng khoan giếng dầu (do nó kết tủa canxi và hoạt động như chất bôi trơn), sản xuất nhựa và cao su, sản xuất giấy, xử lý vải dệt, và xử lý nước (do nó làm giảm lượng chì và các kim loại nặng khác).

Được nhập khẩu từ Anh Quốc, muối nở được dùng đầu tiên tại Hoa Kỳ trong suốt thời kỳ thuộc địa, nhưng nó không được sản xuất tại Hoa Kỳ cho đến năm 1839. Trong năm 1846, Austin Church, một nhà vật lý vùng Connecticut, và John Dwight, một nông dân đến từ Masachusetts, đã xây dựng một nhà máy ở New York để sản xuất muối nở. Con trai của tiến sĩ Church, John, làm chủ một cối xay gọi là Vulcan Spice Mills. Vulcan, vị thánh rèn và lửa của La Mã, được tượng trưng bởi một cánh tay và búa, và công ty muối nở mới đã lấy logo cánh tay và búa trên logo của nó. Ngày nay, thương hiệu muối nở Arm & Hammer (cánh tay và búa) là một trong những thương hiệu được biết đến nhiều nhất.

Được đặt tên sau Nicolas Leblanc, nhà hóa học người Pháp đã sáng chế ra nó, quy trình Leblanc là quy trình sản xuất bụi soda (Na CO ) sớm nhất, đây là vật liệu để tạo thành muối nở. Natri clorit (muối ăn) được nung với axit sun-phu-ric, tạo ra natri sun-phát và axit hydrochloric. Natri sun-phát sau đó được nung với than và đá vôi để tạo thành natri các-bo-nát hay bụi soda.

Cuối những năm 1800, một phương pháp sản xuất bụi soda khác được nghĩ ra bởi Ernest Solvay, một kỹ sư hóa học người Bỉ. Phương pháp Solvay sớm được sử dụng ở Hoa Kỳ, thay thế cho quy trình Leblanc. Trong quy trình Solvay, các-bon đi-ô-xít và ammonia đi qua dung dịch natri clorit đặc. Natri bi-các-bo-nát thô kết tủa và được nung để tạo thành bụi soda, rồi sau đó được xử lý tiếp và tinh lọc lại để tạo thành natri bi-các-bo-nát tinh khiết.

Mặc dù phương pháp sản xuất muối nở này được sử dụng rộng rãi, nó cũng có vấn đề do các hóa chất được sử dụng trong quy trình là những chất gây ô nhiễm và gây ra các vấn đề xử lý chất thải. Một phương pháp khác là tinh lọc bụi soda từ quặng trona, một khoáng vật tự nhiên.

Các vật liệu thô

Muối nở, hay sodium bi-các-bo-nát, được tạo thành từ bụi soda thu được từ quy trình Solvay hoặc từ quặng trona, một vật liệu tinh thể cứng. Trona được hình thành từ 50 triệu năm trước, tại các vùng đất bao quanh sông xanh (Green River), Wyoming, được bao phủ bởi một hồ nước rộng 600 dặm vuông (1,554 kilomet vuông). Khi nó bốc hơi theo thời gian, hồ nước này để lại 200 tỷ tấn quặng trona tinh khiết giữa các lớp đá cát và đá phiến. Lượng quặng tại vùng Green River đủ lớn để đáp ứng nhu cầu về bụi soda và natri bi-các-bo-nát của cả thế giới trong hàng ngàn năm.

DO quy trình tổng hợp dùng trong phương pháp Solvay gây ra các vấn đề về ô nhiễm môi trường nên công ty Church & Dwight ngày càng sản xuất dựa trên khai thác quặng trona. Một nhà sản xuất bụi soda lớn khác là tập đoàn FMC, cũng dựa trên quặng trona để sản xuất bụi soda và natri bi-các-bo-nát. Trona được khai thác tại độ sâu 1,500 feet (457.2 m) tính từ mặt đất. Các mỏ của FMC gồm gần 2,500 dặm đường hầm (4,022.5 km) và phủ 24 dặm vuông (62 kilomet vuông). Rộng 15 feet (4.57 m) và cao 9 feet (2.74 m), những đường hầm này cho phép các thiết bị cần thiết và phương tiên có thể di chuyển bên trong.

Quy trình sản xuất

Làm bụi soda

  • 1 Bụi soda có thể được sản xuất theo phương pháp hóa học dùng quy trình Solvay, hoặc nó có thể được làm ra từ quặng trona. Nếu quặng trona được sử dụng, đầu tiên nó phải được khai thác. Sau khi nó được mang lên mặt đất, quặng trona được vận chuyển tới các nhà máy xử lý khác nhau. Ở đó, quặng này được tinh lọc trong một bể tẩy rửa kiềm natri sesquicarbonate, một sản phẩm bụi soda trung gian thực tế bao gồm cả bụi soda (natri các-bo-nát) và muối nở (natri bi-các-bo-nát).

Làm muối nở

  • 2 Tiếp theo, dung dịch bụi soda trung gian được đặt vào trong một máy ly tâm, để phân tách chất lỏng ra khỏi các tinh thể. Các tinh thể này sau đó được hòa tan trong một dung dịch bi-các-bo-nát (một dung dịch bụi soda được tạo bởi nhà sản xuất) trong một dung môi quay (rotary dissolver), nhờ đó mà trở thành một dung dịch bão hòa. Dung dịch này được lọc để loại bỏ bất cứ vật liệu không hòa tan nào và sau đó được bơm qua một bề cấp tới đỉnh của một tháp các-bo-nát.
  • 3 Các-bon đi-ô-xít tinh khiết được đưa vào đáy tháp và giữ dưới áp suất. Khi dung dịch natri bão hòa di chuyển qua tháp này, nó làm mát và phản ứng với các-bon đi-ô-xít để tạo thành các tinh thể natri bi-các-bo-nát. Những tinh thể này được gom lại tại đáy tháp và chuyển tới một buồng ly tâm khác, tại đó dung dịch thừa được lọc ra. Các tinh thể này sau đó được tẩy rửa trong dung dịch bi-các-bo-nát, tạo thành một chất giống như bánh và sẵn sàng để làm khô. Chất này được loại bỏ khỏi buồng ly tâm để tái sử dụng cho dung môi quay này (rotary dissolver), tại đó nó được dùng để làm bão hòa các tinh thể bụi soda trung gian hơn.
  • 4 Bánh lọc được rửa sạch này sau đó được sấy kho trên băng chuyền liên tục hoặc trong một máy sấy dạng ống thẳng đứng được gọi là máy sấy flash (flash dryer). Sản lượng lý thuyết từ quy trình này, theo công ty Church & Dwight là khoảng từ 90 tới 95%, và muối nở được sản xuất tinh khiết tới 99%.
Quy trình sản xuất muối nở. Bước chủ chốt trong quy trình này xảy ra tại tháp các-bo-nát. Tại đây, dung dịch bụi soda bão hòa di chuyển từ đỉnh tháp xuống dưới. Khi nó rơi, dung dịch được làm mát và phản ứng với các-bon đi-ô-xít để tạo thành natri bi-các-bo-nát – tinh thể muối nở. Sau khi được lọc, làm sạch và sấy, các tinh thể này được phân loại theo kích thước hạt và đóng gói thích hợp.

Phân loại và lưu trữ các phân cấp khác nhau

  • 5 Tiếp đó, các tinh thể natri bi-các-bo-nát đã sấy được tách thành những phân cấp khác nhau dựa theo kích thước tinh thể. Phân cấp tiêu chuẩn của natri bi-các-bo-nát và các phân cấp đặc biệt được sản xuất theo yêu cầu cụ thể của khách hàng, và kích thước hạt là điểm xác định quan trọng của phân cấp. Bột #1 và hạt tinh #2 có ứng dụng rộng rãi trong thực phẩm, hóa chất và dược phẩm. Hạt phân cấp #4 và #5 được dùng trong thực phẩm và bánh rán, các chất làm sạch, dược phẩm và nhiều sản phẩm khác. Natri bi-các-bo-nát phân cấp công nghiệp được dùng trong nhiều ứng dụng, bao gồm chất lỏng khoan, vật liệu chữa cháy, và xử lý nước.
  • 6 Mỗi phân cấp được đưa tới một thùng chứa mà tại đó không khí, các-bon đi-ô-xít và hàm lượng hơi nước được điều khiển để “hong khô” sản phẩm. Sau khi được hong khô, các phân cấp này sẵn sàng để đóng gói và vận chuyển.

Quản lý chất lượng

Chất lượng của natri bi-các-bo-át được quản lý tại mỗi khâu của quy trình sản xuất. Các vật liệu, thiết bị, và bản thân quy trình được lựa chọn để đảm bảo natri bi-các-bo-nát có chất lượng cao nhất có thể được. Theo quy trình của FMC, khi công ty này xây dựng các nhà máy, họ đã lựa chọn các vật liệu và thiết bị sao cho phù hợp với các đòi hỏi chất lượng khắt khe để tạo thành natri bi-các-bo-nát dùng cho y tế. FMC cũng dùng Điều khiển quy trình thống kê (Statistical Process Control – SPC) để duy trì chất lượng hằng ngày không đổi, và các thông số vận hành chính được xây dựng thành biểu đồ để duy trì quá trình điều khiển. Các thông số chất lượng sản phẩm này được lưu giữ theo số lô, và các mẫu được giữ trong hai tới ba năm.

Tất cả các hạng U.S.P đều thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật của bộ luật hóa chất dùng trong thức ăn và y tế của Hoa Kỳ (United States Pharmacopoeia and Food Chemicals Codex). Ngoài ra, natri bi-các-bo-nát hạng thực phẩm cũng thỏa mãn những yêu cầu đưa ra bởi Cục quản lý thực phẩm và thuốc Hoa Kỳ (U.S Food and Drug Administration) là một chất được chứng nhận an toàn (Generally Recognized as Safe – GRAS)

Tương lai

Đầu thế kỷ 20, 53 nghìn tấn muối nở được bán ra hàng năm. Mặc dù dân số tăng nhanh, nhưng doanh số trong năm 1990 giảm xuống còn khoảng 32 nghìn tấn hàng năm. Bột mỳ tự nở và hỗn hợp bánh đã làm giảm nhu cầu của muối nở với vai trò một thành phần làm bánh quan trọng. Dù vậy, nhu cầu cho sản phẩm này vẫn còn rất lớn. Những nhà sản xuất bánh thương mại (điển hành là các nhà sản xuất bánh cookie) là một trong những nhà tiêu thụ chính sản phẩm này. Một trong những thuộc tính quan trọng nhất của natri bi-các-bo-nát là khi nó chịu nhiệt, nó sẽ giải phóng khí các-bon đi-ô-xít (CO ) làm cho các bánh nướng nở ra. Natri bi-các-bo-nát cũng được dùng trong các ngành công nghiệp y tế và sức khỏe, và cũng như nhiều ứng dụng công nghiệp khác. Do đó nó vẫn sẽ tiếp tục trở thành một sản phẩm quan trọng trong ngày nay và tương lai.

Đọc thêm

Coyle, L. Patrick, Jr. The World Encyclopedia of Food. Facts on File, 1982.

Root, Waverley and Richard de Rochemont. Eating in America: A History. William Morrow & Co., Inc., 1976.

Grosswirth, Marvin. “The Wonders of NaHCO ,” Science Digest. March, 1976.

History of the Arm & Hammer Trademark. Church & Dwight Co., Inc.

Sodium Bicarbonate. FMC Corporation.

Sodium Bicarbonate — Chemical Properties, Manufacturing. Church & Dwight Co., Inc.

(dịch từ madehow)

Sản xuất sản phẩm #H006 – Kính chắn gió

Lịch sử

Thủy tinh là loại vật liệu phổ biến với hàng trăm ứng dụng, trong đó có kính chắn gió. Thủy tinh có một lịch sử dài và tấm kính đầu tiên được làm cách đây hơn 7000 năm tại Ai Cập, khoảng năm 3000 trước Công Nguyên. Thủy tinh được tìm thấy ở trạng thái tự nhiên như là sản phẩm của hoạt động núi lửa. Ngày nay, thủy tinh được sản xuất từ nhiều loại vật liệu gốm (thành phần chủ yếu là oxit). Các loại sản phẩm chủ yếu của thủy tinh là kính phẳng, kính hộp đựng, kính cắt, sợi thủy tinh, kính quang học, và kính đặc biệt. Kính chắn gió xe hơi nằm trong loại kính phẳng.

Có hơn 80 công ty trên thế giới sản xuất kính xe hơi, bao gồm cả kính chắn gió. Các nhà sản xuất lớn ở Hoa Kỳ bao gồm PPG, tập đoàn Guardian Industries và Libby-Owens Ford. Theo bộ thương mại Hoa Kỳ, 25% sản lượng kính phẳng được tiêu thụ trong ngành công nghiệp xe hơi (bao gồm cả cửa sổ) với tổng giá trị xấp xỉ 483 triệu đô-la. Ở Nhật Bản, 30% sản lượng kính phẳng dùng trong công nghiệp xe hơi, giá trị khoảng 190 triệu đô-la trong năm 1989. Các nhà sản xuất kính phẳng lớn của Nhật bao gồm Asahi Glass Co., Central Glass Co., và Nippon Sheet Glass Co. Tổng thể thì ngành công nghiệp kính phẳng tăng trưởng thấp ở cả hai quốc gia này. Đức thì có khả quan hơn với tốc độ tăng trưởng cao đến từ ngành công nghiệp xe hơi của họ.

Kính chắn gió đầu tiên xuất hiện khoảng năm 1905 với sự phát minh ra loại kính an toàn – kính đã xử lý nhiệt để giúp nó đặc biệt cứng và chống vỡ. Loại kính chắn gió này được phổ biến vào giữa thế kỷ 20, nhưng cuối cùng nó bị thay thể bởi kính chắn gió được làm từ thủy tinh phân lớp (laminated glass) – một loại vật liệu nhiều lớp gồm một lớp nhựa ở giữa hai tấm thủy tinh. Ở nhiều nước, trong đó có Hoa Kỳ, kính chắn gió xe hơi được yêu cầu trong pháp luật là phải được làm từ thủy tinh phân lớp. Thủy tinh phân lớp có thể uốn cong nhẹ khi chịu tác động và ít bị vỡ hơn so với thủy tinh an toàn thông thường. Đặc tính này giúp giảm nguy cơ chấn thương cho người ngồi trong xe hơi.

Các vật liệu thô

Thủy tinh là hợp chất của một số loại ô-xít gắn kết và phản ứng với nhau dưới nhiệt độ để tạo thành thủy tinh. Nó bao gồm silica (SiO), natri oxide (Na2O), và canxi oxide (CaO). Các vật liệu thô của những thành phần này có nguồn gốc từ cát, natri các-bonat (Na2CO3) và đá vôi (CaCO3). natri các-bonat có vai trò là chất pha loãng; nói cách khác, nó hạ thấp điểm nóng chảy của lô hợp chất. Đá vôi được thêm vào để tăng độ cứng và độ bền hóa học của thủy tinh. Thủy tinh được dùng làm kính chắn gió cũng thường bao gồm vài loại ô-xít khác: kali oxide (K2O lấy từ kali các-bonat), ma-giê oxide (MgO), và nhôm oxide (Al2O3 lấy từ khoáng chất fenspat).

Quy trình sản xuất

  • 1 Vật liệu thô được cân cẩn thận với một lượng thích hợp và được trộn lẫn với nhau bằng một ít nước để ngăn sự phân tách của các thành phần. Thủy tinh vụn (thủy tinh thải bị vỡ) cũng được dùng làm nguyên liệu thô.
Thủy tinh của kính chắn gió xe hơi được làm theo quy trình thủy tinh nổi. Trong phương pháp này, nguyên liệu thô được nung nóng chảy và cấp vào một bể thiếc nóng chảy. Thủy tinh nổi trên thiếc; do thiếc có độ phẳng hoàn hảo nên thủy tinh cũng trở nên phẳng. Từ buồng nổi, thủy tinh qua các con lăn vào lò ủ. Sau khi ra khỏi lò ủ và được làm mát tới nhiệt độ phòng, thủy tinh được cắt theo hình dạng thích hợp và được ram.
  • 2 Khi một lô được tạo, nó được cấp vào một thùng lớn để làm nóng chảy bằng một quy trình thủy tinh nổi. Đầu tiên, lô được nung tới trạng thái nóng chảy, và sau đó nó được cấp vào trong một thùng chứa được gọi là buồng nổi, buồng này sẽ giữ một bể thiếc nóng chảy. Buồng nổi này rất lớn, từ khoảng 13 feet tới 26.25 feet (rộng từ 4 tới 8m) và chiều dài lên tới gần 197 feet (60m); tại cổng vào của nó, nhiệt độ của thiếc khoảng 1,835 độ Fahrenheit (1,000 độ C), trong khi tại cổng ra, nhiệt độ của thiếc được làm mát hơn một chút khoảng 1,115 độ Fahrenheit (600 độ C). Trong buồng nổi này, thủy tinh không chìm trong thiếc mà nổi lên trên nó, di chuyển qua thùng chứa này trên một bằng chuyền. Bề mặt phẳng hoàn hảo của thiếc làm cho thủy tinh nóng chảy cũng trở nên phẳng, trong khi đó nhiệt độ cao làm sạch những tạp chất của thủy tinh. Nhiệt độ giảm tại đầu ra của buồng cho phép thủy tinh đủ cứng để di chuyển vào trong buồng tiếp theo, lò nung.
  • 3 Sau khi thủy tinh ra khỏi buồng nổi, các con lăn chuyển nó vào trong một lò nung đặc biệt được gọi là lò ủ kính (lehr). Nếu chúng ta muốn các lớp phủ chống nắng thì chúng cần được phủ trước khi thủy tinh đi vào lò ủ. Trong lò này, thủy tinh được làm mát dần tới khoảng 395 độ Fahrenheit (200 độ C); sau khi thủy tinh đi ra khỏi lò ủ, nó được làm mát tới nhiệt độ phòng. Lúc bấy giờ, thủy tinh rất cứng và khỏe, sẵn sàng để đem đi cắt.

Cắt và ram

  • 4 Thủy tinh được cắt theo kích thước mong muốn dùng mũi cắt kim cương – một dụng cụ có điểm nhọn bao gồm bụi kim cương. Kim cương được dùng bởi vì nó cứng hơn thủy tinh. Mũi cắt này đánh dấu một đường thẳng cắt trên thủy tinh, sau đó được bẻ theo đường này. Bước này thường được tự động và được giám sát bởi các camera và các hệ thống đo lường quang điện tử. Tiếp theo, miếng đã cắt phải được uốn thành hình dạng. Tấm thủy tinh được đặt vào trong một khuôn kim loại hoặc vật liệu chịu nhiệt. Khuôn này sau đó được nung nóng trong lò nung tới điểm mà thủy tinh võng xuống theo hình dạng của khuôn.
  • 5 Sau bước tạo hình này, thủy tinh phải được làm cứng trong một bước nhiệt luyện gọi là ram. Đầu tiên, thủy tinh được gia nhiệt nhanh chóng tới khoảng 1,565 độ Fahrenheit (850 độ C), và sau đó nó được thổi bởi các luồng khí lạnh. Quá trình tôi này làm cho thủy tinh cứng hơn bằng cách đặt bề mặt ngoài của thủy tinh ở trạng thái nén và bên trong ở trạng thái căng. Quá trình này cho phép kính chắn gió, khi bị hư hỏng, thì vỡ thành nhiều mảnh nhỏ mà không có các cạnh sắc. Kích thước của các mảnh cũng có thể được thay đổi bằng cách điều chỉnh quy trình ram sao cho kính chắn gió vỡ thành những mảnh lớn hơn, điều này tạo ra một khả năng nhìn tốt hơn cho đến khi kính chắn gió bị thay thế.

Ép tấm

Kính chắn gió hoàn thiện bao gồm hai lớp thủy tinh kẹp một lớp nhựa ở giữa. Mặc dù rất mỏng – dày khoảng 0.25 inch – nhưng tấm thủy tinh được ép như vậy rất khỏe và không bị vỡ thành mảnh so với thủy tinh an toàn bình thường. Ở Hoa Kỳ, kính chắn gió được yêu cầu bởi luật pháp là phải được làm từ thủy tinh ép tấm.
  • 6 Sau khi thủy tinh được ram và làm sạch, nó đi qua quy trình ép tấm. Trong quy trình này, hai tấm thủy tinh được ghép vào nhau với một tấm nhựa ở giữa. Quá trình ép này được diễn ra trong một nồi hấp, một lò đặc biệt dùng cả nhiệt và áp suất để tạo thành một tấm đơn, khỏe chống lại sự vỡ. Lớp nhựa trung gian thường được phủ để làm một bộ lọc tia cực tím. Khi thủy tinh ép này bị vỡ, thì các mảnh vỡ của thủy tinh vẫn nằm trên lớp nhựa chống vỡ bên tong, và tấm kính vỡ vẫn giữ được độ trong suốt. Nhờ đó mà khả năng quan sát vẫn giữ được tốt. Không như loại thủy tinh an toàn truyền thống, tấm thủy tinh ép có thể được xử lý nhiều hơn nữa – cắt, khoan… nếu cần thiết. Một tấm kính chắn gió ép tấm thường rất mỏng: mỗi lớp thủy tinh chỉ xấp xỉ dày 0.03 inch (0.76 mm), trong khi đó lớp nhựa trung gian dày xấp xỉ 0.098 inch (2.5 mm).

Lắp ráp

  • 7 Sau khi ép tấm, kính chắn gió đã sẵn sàng để lắp ráp với các khung nhựa để nó có thể lắp đặt được trên xe hơi. Quy trình lắp ráp này được gọi là bọc kín thủy tinh (glass encapsulation), thường được thực hiện tại nhà máy sản xuất thủy tinh. Đầu tiên, toàn bộ chu vi của kính chắn gió được đặt trong một vị trí xác định trước trong một khuôn. Tiếp theo, nhựa nóng chảy được bơm vào trong khuôn này; khi nguội, nó tạo thành một khung nhựa xung quanh thủy tinh. Kính chắn gió sau đó được chuyển tới các nhà máy sản xuất xe hơi, tại đây nó được lắp đặt vào xe hơi. Quá trình lắp đặt được thực hiện trực tiếp, dùng chất keo dính polyurethane để dính kính chắn gió vào thân xe hơi.

Quản lý chất lượng

Điều khiển quy trình bao gồm việc kiểm tra các vật liệu thô và giám sát những biến quy trình như nhiệt độ nóng chảy, áp suất lò nung, và cấp thủy tinh. Khi thủy tinh được hình thành, thì các thiết bị quang điện được sử dụng để tìm ra được các lỗi một cách tự động. Các thiết bị tự động khác đang được phát triển để đo các kích thước và đường kính cong sau khi kính chắn gió được hình thành.

Thủy tinh an toàn dùng trong kính chắn gió phải đạt được những thông số kỹ thuật nhất định của các đặc tính liên quan như độ bền hóa học, khả năng kháng va chạm và độ bền. Các tiêu chuẩn được phát triển bởi Hội kiểm tra vật liệu Hoa Kỳ (American Society for Testing of Materials – ASTM) để đo lường những đặc tính này. Các đặc tính cũng đang được nghiên cứu để đánh giá hiệu suất của kính chắn gió bởi SAE International, một tổ chức của những kỹ sư xe hơi.

Tương lai

Mặc dù ngành công nghiệp xe hơi gần đây đang bị suy thoái, nhưng viễn cảnh xa vẫn lạc quan. Thị trường phương tiên động cơ vẫn tăng mạnh hơn trong các năm gần đây, tăng nhu cầu cho các sản phẩm kính phẳng như kính chắn gió. Kính chắn gió cũng tăng về kích thước để thu được kiểu thiết kế khí động học mới hơn, và do đó việc sử dụng kính tăng lên tương đối so với tổng diện tích bề mặt của các phương tiện. Trong thực tế, một vài mẫu xe còn kết hợp sử dụng cả mui kính.

Việc tăng diện tích kính như vậy, lại có một ảnh hưởng tiêu cực tới các hệ thống điều hòa không khí, chúng có thể phải được điều chỉnh nhiệt độ bên trong cao hơn tới một mức thoải mái. Để tránh phải dùng hệ thống điều hòa không khí lớn hơn, thì các hợp chất thủy tinh mới, các loại kính được phủ và các loại phim hiện đang được đánh giá. Chúng bao gồm khả năng độ bóng lựa chọn góc để phản hồi lại ánh sáng mặt trời, và các phim chuyển quang học (optical switching film) chủ động hoặc thụ động thay đổi các đặc tính truyền dẫn.

Một loại phim được phát triển gần đây là phim điều khiển ánh nắng nhiều lớp polymer, cũng có thể có tác dụng như một thiết bị chống đóng băng. Chất nền nhựa được phủ này đơn gian thay thế tấm phim nhựa mỏng trong các loại kính chắn gió truyền thống. Lớp phim này có thể được làm thành bất cứ màu sắc nào và có thể truyền dẫn lên tới 90% tia sáng nhìn thấy được. Một lớp phủ khác là một lớp phản xạ bao gồm lớp phủ bạc được dùng kết hợp với các lớp ô-xít kim loại khác. Lớp phản xạ này có thể phản xạ tới 60% lượng năng lượng mặt trời, giảm năng lượng hồng ngoại tới 56%.

Ngoài ra, các loại kính chắn gió tấm thủy tinh mỏng cũng đang được nghiên cứu. Một tấm kính chắn gió hai lớp đang được phát triển chỉ gồm một tấm kính ngoài cùng, độ dày từ 0.08 tới 0.16 inch (2-4 mm), nối với một lớp polyurethane có độ dày 0.254 inch (1mm). Tấm polyurethane bao gồm hai lớp, một có các đặc tính hấp thụ cao và lớp còn lại là bề mặt kháng cao. Các ưu điểm đặc trưng của loại kính chắn gió hai lớp này bao gồm khả năng kháng tia cực tím, tự phục hồi các vết xước, giảm khối lượng, có các hình dạng phức tạp hơn, tăng cường an toàn do nó giữ lại các mảnh vỡ, và khả năng chống sương mù.

Việc tái chế các bộ phận của kính chắn gió cũng có thể trở thành một tiêu chuẩn. Mặc dù quá trình tái chế truyền thống gặp khó khăn do các lớp phim nhựa, một nhà sản xuất gần đây đã phát triển một quy trình hiệu quả để loại bỏ các lớp này. Thủy tinh tái chế có thể được dùng trong một vài ứng dụng, bao gồm vật liệu để sửa đường (glassphalt). Luật pháp cũng có thể giúp tăng tốc độ xử lý tái chế, với sự ra đời của Đạo luật nghiên cứu chất thải nguy hiểm và chất thải rắn đô thị vào năm 1992 (Municipal Solid Waste and Hazardous Waste Research Act). Đạo luật này tìm kiếm để xác định những trở ngại trong việc tái chế các bộ phận xe hơi và tìm các cách để vượt qua những trở ngại này. Cuối cùng đạo luật này có thể yêu cầu dùng ít nhựa hơn trong quá trình sản xuất hoặc đảm bảo rằng những chất nhựa này có thể tái chế được.

Đọc thêm

McLellan, George W. and E. B. Shand, eds. Glass Engineering Handbook. 3rd ed., McGraw-Hill, 1984.

Pfaender, Heinz G. and Hubert Schroeder. Schott Guide To Glass. Van Nostrand Reinhold, 1983.

Scholes, Samuel R. Modern Glass Practice. CBI Publishing Company, 1975.

“Bill To Overcome Recycling Obstacles,” Autoglass. July/August, 1992.

“Guardian Produces Largest Production Car Windshield,” Autoglass, March/April, 1992.

Leventon, William. “Press and Vacuum Form Complex Windshields,” Design News. November 9, 1992, p. 159.

Olosky, M. L. and M. J. Watson. “Silicon Film Adhesives: Bonding Automotive Fixtures to Glass,” SAE Paper No. 931013. SAE International, 1993.

Peters, G. M. and T. W. Karwan, et al. “A Cost Effective Quality Improvement for Automotive Glass Encapsulation,” SAE Paper No. 931012. SAE International, 1993.

Sheppard, L. M. “Automotive Performance Accelerate with Ceramics,” Ceramic Bulletin. 1990, pp. 1012-1021.

(dịch từ madehow)

Sản xuất sản phẩm #H005 – Xe hơi

Lịch sử

Trong năm 1908, Henry Ford bắt đầu sản xuất xe hơi Model T. Dựa trên thiết kế của mẫu Model A được sản xuất đầu tiên vào năm 1903, nhưng Model T cũng mất năm năm để phát triển. Sự ra đời của nó đã đánh dấu sự ra ra đời của dây chuyền lắp ráp sản phẩm số lượng lớn (mass production). Ý tưởng cách mạng này dựa trên khái niệm về việc đơn giản quá trình lắp ráp các chi tiết bộ phận thay thế lẫn nhau. Trước thời gian này, xe hơi được làm thủ công số lượng nhỏ bởi những thợ thủ công chuyên biệt, những người này hiếm khi nhân bản bất cứ một chiếc xe cụ thể nào. Thiết kế sáng tạo của Ford đã giảm được số lượng chi tiết cần thiết cũng như số lượng thợ lắp ráp lành nghề, điều này tạo cho Ford một ưu thế cực kỳ lớn so với những đối thủ cạnh tranh của ông.

Việc mạo hiểm đầu tiên của Ford trong khi lắp ráp mẫu xe hơi Model A liên quan tới việc thiết lập các bệ lắp ráp mà toàn bộ xe hơi được xây dựng, thông thường bởi một thợ lắp ráp sẽ lắp toàn bộ một phần của xe hơi lại với nhau tại một nơi. Người này thực hiện các thao tác lặp đi lặp lại tại bệ lắp ráp của anh ta. Để tạo hiệu quả nhiều hơn, Ford cho phân phối các chi tiết, bộ phận cần thiết tới từng trạm. Với cách này, mỗi người thợ lắp ráp mất khoảng 8.5 giờ để hoàn thành công việc lắp ráp. Trong khoảng thời gian mẫu xe hơi Model T đang được phát triển, Ford đã quyết định dùng nhiều bệ lắp ráp mà các thợ lắp ráp sẽ di chuyển từ bệ này sang bệ khác, mỗi bệ sẽ thực hiện một số chức năng nào đó. Quá trình này giảm thời gian lắp ráp của mỗi thợ lắp ráp từ 8.5 giờ xuống chỉ còn 2.5 phút nếu xem như mỗi công nhân đã hoàn toàn quen thuộc với mỗi công việc cụ thể.

Các công nhân lắp đặt động cơ trên mẫu Model T tại nhà máy Ford. Anhr chụp năm 1917

Ford đã sớm nhận ra rằng việc đi bộ từ trạm này sang trạm khác lãng phí thời gian và tạo ra ách tắc trên dây chuyền sản xuất khi công nhân này làm nhanh hơn công nhân khác. Vào năm 1913 tại Detroit, ông đã giải quyết được vấn đề này bằng cách giới thiệu dây chuyền lắp ráp di động đầu tiên, một băng tải di chuyển xe hơi qua các trạm lắp ráp. Bằng cách loại bỏ sự di chuyển của công nhân giữa các trạm lắp ráp, Ford đã cắt giảm thời gian lắp ráp cho mỗi công nhân từ 2.5 phút xuống dưới 2 phút; băng chuyền lắp ráp di động từ đó có thể điều chỉnh nhịp của công nhân tại mỗi trạm. Dây chuyền đầu tiên bao gồm các dây kim loại mà bánh xe hơi được gắn vào. Các dây kim loại này được gắn vào một dây đai lăn theo cả chiều dài của nhà máy và sau đó, đi xuống dưới sàn và trở về khu vực bắt đầu. Điều này đã giảm được sức lực của con người cần thiết để lắp ráp xe hơi, nó đã gây ra sự chú ý của các nhà sản xuất xe hơi trên toàn thế giới. Kiểu sản xuất số lượng lớn của Ford đã dẫn hướng ngành công nghiệp xe hơi trong gần năm thập kỷ và cuối cùng đã được dùng bởi hầu hết các nhà sản xuất công nghiệp khác. Mặc dù những tiến bộ công nghệ đã cho phép nhiều cải tiến cho quá trình lắp ráp xe hơi hiện đại ngày nay, nhưng những khái niệm cơ bản về những công nhân đứng yên để lắp đặt các chi tiết trên một xe hơi khi nó qua trạm làm việc của họ thì không có những thay đổi nào đáng kể trong suốt những năm qua.

Các vật liệu thô

Mặc dù phần lớn xe hơi được làm từ thép nhưng những sản phẩm gốc dầu (các loại nhựa và vinyl) gần đây đã gia tăng tỷ lệ thành phần trong các bộ phận của xe hơi. Các vật liệu khối lượng nhẹ có nguồn gốc từ dầu đã giúp làm nhẹ bớt một số mẫu xe tới 30%. Do giá nhiên liệu hoá thạch tiếp tục tăng nên xu hướng là người dùng thích xe hơi nhẹ do nó sử dụng hiệu quả nhiên liệu hơn.

Thiết kế

Việc đưa ra một mẫu xe hơi mới thông thường mất từ 3 tới 5 năm từ lúc bắt đầu cho đến khi xây dựng xong dây chuyền lắp ráp. Ý tưởng cho các mẫu xe mới được phát triển để đáp ứng với nhu cầu và sở thích của người tiêu dùng. Việc cố gắng dự đoán xem người dùng muốn lái một chiếc xe hơi thế nào trong năm nữa không phải là điều dễ dàng, mặc dù nhiều nhà sản xuất xe hơi đã thiết kế thành công các mẫu xe hơi phù hợp với thị hiếu của người dùng. Với sự trợ giúp của thiết bị hỗ trợ thiết kế trên máy tính thì những nhà thiết kế đã phát triển những bản vẽ khái niệm cơ bản, giúp họ hình dung được hình dạng của chiếc xe đề xuất. Dựa trên mô phỏng này, dau đó họ xây dựng các mô hình bằng đất sét mà có thể được những chuyên gia về kiểu dáng nghiên cứu xem nó có khả năng được công chúng đón nhận không. Các kỹ sư khí động học cũng kiểm tra các mẫu này, nghiên cứu các thông số của dòng không khí và nghiên cứu tính khả thi của mô hình bằng những bài kiểm tra va chạm. Chỉ sau khi tất cả các mô hình đã được kiểm tra và chấp nhận thì những nhà thiết kế dụng cụ mới được phép để bắt đầu chế tạo các dụng cụ để sản xuất các chi tiết cấu thành của mẫu xe hơi mới.

Quy trình sản xuất

Các chi tiết

  • 1 Nhà máy lắp ráp xe hơi chỉ thể hiện khâu cuối cùng trong quá trình sản xuất một xe hơi, lấy ví dụ ở đây các chi tiết có thể được cung cấp bởi hơn 4000 nhà cung cấp bên ngoài, bao gồm các nhà cung cấp chi tiết thuộc nhà sản xuất xe hơi. Các chi tiết được gom lại để lắp ráp, thông thường bởi xe tải và xe lửa. Những chi tiết được dùng làm khung gầm sẽ được chuyển đến một khu vực, trong khi những chi tiết cấu thành thân xe thì sẽ được chuyển tới một nơi khác.

Khung gầm

Trên dây chuyền lắp ráp xe hơi, nhiều công việc hiện tại được thực hiện bởi robot thay vì công nhân. Trong khâu đầu tiên của quá trình sản xuất xe hơi, robot hàn những chi tiết sàn xe lại với nhau và hỗ trợ các công nhân trong việc đặt các bộ phận như giảm sóc vào gầm xe

2 Xe hơi hay xe tải thông thường được xây dựng từ dưới lên (và ra ngoài). Khung xe đặt lên thân xe và từ đó những chi tiết lắp ráp khác được lắp theo. Khung xe được đặt trên dây chuyền lắp ráp và được kẹp vào băng chuyền để chống xê dịch khi nó di chuyển xuống dây chuyền. Từ đây, khung xe hơi di chuyển tới các khu vực lắp ráp chi tiết để lắp đặt hoàn thiện giảm xóc trước và sau, bình nhiên liệu, trục xe và trục lái, hộp số, các chi tiết của hộp lái, bánh xe, và hệ thống phanh.

Xe hơi trong nhiều thập kỷ là tinh hoa của nền công nghiệp Hoa Kỳ nhưng thực chất nguồn gốc của nó không phải ở đây. Vào năm 1860, Etienne Lenoir, một thợ cơ khí người Bỉ, đã giới thiệu động cơ đốt trong được chứng minh là rất hữu dụng khi làm nguồn động cơ. Vào năm 1878, Nicholas Otto, một nhà sản xuất người Đức, đã phát triển động cơ bốn hành trình “nổ”. Trong năm 1885, một trong những kỹ sư của ông là Gottlieb Daimler đã tạo ra các phương tiện thử nghiệm được vận hành bởi một động cơ đốt trong Otto sửa đổi. Cũng trong năm 1885, một nhà sản xuất người Đức khác là Carl Benz đã giới thiệu phương tiện ba bánh lái được. Trong năm 1887, Benz đã trở thành nhà sản xuất xe hơi đầu tiên bán sản phẩm ra thị trường. Trong năm 1895, công nghệ xe hơi được thống trị bởi người Pháp, dẫn dắt bởi Emile Lavassor. Lavassor đã phát triển ra cơ cấu sắp xếp cơ khí của xe hơi, đặt động cơ ở phía trước vỏ xe hơi, với trục khuỷu vuông góc với trục xe.

Trong năm 1896, Duryea Motor Wagon đã trở thành phương tiện cơ giới sản xuất đầu tiên tại Hoa Kỳ. Trong cùng năm này, Henry Ford đã trình diễn mẫu phương tiện thử nghiệm đầu tiên của ông, gọi là Quadricycle. Trong năm 1908, khi công ty Ford Motor giới thiệu mẫu xe hơi Model T, thì Hoa Kỳ đã có cả tá các nhà sản xuất xe hơi. Mẫu xe Model T đã nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn mà các xe hơi khác hướng tới; 10 năm sau, khoảng một nửa số xe hơi trên đường là mẫu xe Model T. Nó có 4 xylanh đơn giản, động cơ 20 mã lực và một bộ truyền động kiểu hành tinh có bánh răng phía trước và một phía sau. Nó khá khoẻ, và có khả năng chịu được những con đường gồ ghề thời đó, và dễ dàng vận hành và bảo dưỡng.

3 Tại giai đoạn sản xuất này, động cơ của xe hơi sẽ được ghép với bộ truyền động của nó. Người công nhân dùng các cánh tay robot để lắp đặt những bộ phận rất nặng này bên trong ngăn máy của khung xe. Sau khi động cơ và bộ truyền động được lắp đặt, một công nhân sẽ gắn bộ tản nhiệt và các bu-lông khác vào vị trí. Do tính chất của những bộ phận này rất nặng nên những robot có khớp quay sẽ thực hiện tất cả việc nâng và thao tác mang vác trong khi người lắp ráp sẽ dùng các máy vặn bu-lông thủy lực để cố định các bộ phận lại với nhau. Những nghiên cứu về sinh lý lao động cẩn thận của mỗi một thao tác lắp đặt sẽ cung cấp cho những công nhân lắp ráp được sự an toàn nhất và những công cụ hiệu quả nhất có được.

Thân xe

Thân xe được lắp trên một dây chuyền lắp ráp riêng khỏi gầm xe. Các robot thực hiện phần lớn công việc hàn các tấm khác nhau, nhưng các công nhân cũng vẫn cần để vặn bu-lông để cố định các bộ phận lại với nhau. Trong suốt quá trình hàn, các bộ phận được giữ cố định trong một jig trong khi quá trình hàn được thực hiện. Một khi vỏ xe được hoàn thành, nó sẽ được gắn vào một băng chuyền để tiếp tục quá trình sơn. Quá trình sơn nhiều bước đòi hỏi phải kiểm tra, làm sạch, sơn lót (tĩnh điện được áp dụng), sấy khô, sơn phủ và sấy.
  • 4 Thông thường, sàn xe là bộ phận thân lớn nhất mà rất nhiều các bảng điều khiển và dây nối sẽ được hàn hoặc bắt vít lại với nhau. Khi nó di chuyển xuống dây chuyền lắp ráp, nó được giữ cố định bởi đồ gá kẹp, trong khi vỏ của phương tiện được lắp. Đầu tiên, các bảng điều khiển trái và phải được robot gỡ ra từ những thùng đựng được vận chuyển tới từ khâu trước và đặt nó trên sàn xe, tại đây chúng được cố định vị trí và hàn lại.
  • 5 Cửa trước và sau, mái, và các bảng điều khiển cạnh thân xe được lắp ráp cũng tương tự như trên. Vỏ của xe hơi được lắp ráp trong khâu này của quá trình được dùng robot để lắp do các cánh tay robot có thể dễ dàng đặt các bộ phận khác nhau và các tấm vỏ lên sàn xe và thực hiện một số lượng lớn các mối hàn trong một khoảng thời gian và với một độ chính xác mà không một công nhân nào có thể thực hiện được. Robot có thể nâng và đặt các tấm mái nặng 200 pound (90.8 kg) và đặt chúng chính xác vào vị trí để hàn với dung sai thay đổi trong khoảng từ 0.001 inch. Hơn nữa, các robot có thể chịu được khói, các tia hàn, và khí phát sinh ra trong suốt bước này của dây chuyền sản xuất.
  • 6 Thân xe được di chuyển vào vùng hàn cách ly của dây chuyền lắp ráp, các bộ phận thân xe tiếp theo bao gồm các cửa được lắp ráp hoàn chỉnh, nắp sàn, tấm capo, giảm chấn, nắp cốp xe, và các bộ tăng cường giảm xóc được lắp đặt. Mặc dù robot giúp công nhân đặt những bộ phận này lên trên vỏ xe, nhưng các công nhân cũng vẫn ghép phần lớn các bộ phận lại với nhau dùng các công cụ chạy khí nén.

Sơn

  • 7 Trước khi sơn, thân xe phải trải qua một quy trình kiểm tra nghiêm ngặt, thân xe trong công đoạn “trắng”. Vỏ xe được đưa qua một phòng trắng sáng, tại đây nó được quét toàn bộ bởi những người kiểm tra ngoại quan bằng vải được nhúng trong dầu đánh dấu. Dưới ánh sáng, loại dầu này cho phép người kiểm tra nhìn thấy bất cứ lỗi nào trên tấm thân xe kim loại. Các lỗi này được sửa ngay tại dây chuyền bởi những thợ sửa thân xe có kỹ năng. Sau khi vỏ đã được kiểm tra hoàn toàn và đã được sửa chữa, thì băng chuyền lắp ráp mang nó qua một trạm làm sạch, tại đây nó được nhúng và làm sạch tất cả dầu, bụi bẩn, và tạp chất còn dư.
  • 8 Khi vỏ xe ra khỏi trạm tẩy rửa thì nó đi qua một buồng sấy khô và sau đó nhúng qua một lớp sơn lót – một bể được nạp tĩnh điện của sơn lót (được gọi là E-coát) nó sẽ phủ mọi ngóc ngách và khe hở của vỏ xe, cả bên trong và bên ngoài. Lớp phủ này hoạt động như là một bề mặt nền để lớp phủ sơn màu trên cùng bám dính.
  • 9 Sau khi phủ lớp sơn nền E-coát, thì vỏ xe lại được sấy lại trong buồng sấy trước khi nó được xử lý sơn lần cuối. Tại phần lớn các nhà máy lắp ráp xe hơi ngày nay, thân xe được sơn xịt bởi robot đã được lập trình để xịt chính xác lượng sơn trên đúng một vùng trong đúng một khoảng thời gian. Những nghiên cứu và lập trình đáng kể đã được thực hiện để quá trình sơn của robot đảm bảo được độ “ướt” mà chúng ta mong muốn. Những thợ sơn robot của chúng ta ngày nay đã đi rất xa so với thế hệ Model T đầu tiên của Ford, những chiếc xe được sơn thủ công bằng những chổi quét sơn.
  • 10 Sau khi lớp vỏ đã được phủ hoàn toàn bởi một lớp nền sơn màu và một lớp trên cùng trong suốt, băng chuyền chuyển thân xe qua các lò sấy, tại đây sơn được làm khô ở nhiệt độ trên 275 độ Fahrenheit (135 độ C). Sau khi vỏ xe rời khỏi khu vực sơn thì nó đã sẵn sàng để lắp nội thất.

Lắp ráp nội thất

  • 11 Vỏ xe đã được sơn đi qua khu vực lắp ráp nội thất. Tại đây, các công nhân lắp ráp tất cả các thiết bị và hệ thống dây dẫn, bảng điều khiển, đèn trong xe, ghế, cửa và các bảng trang trí, radio, loa, tất cả các kính ngoại trừ kính chắn gió xe hơi, hệ thống số xe và bánh xe, lớp vinyl, bàn đạp phanh và gas, thảm, và mặt giảm chấn trước và sau.
  • 12 Tiếp theo, robot được trang bị những cốc hút chân không tháo dỡ kính chắn gió từ thùng hàng, gắn chất bịt kín urethane vào xung quanh tấm kính này và sau đó đặt nó vào trong khung kính chắn gió trên thân xe. Robot cũng đặt các ghế và các tấm bảng trang trí và vận chuyển chúng tới chỗ xe hơi để thuận tiện cho các công nhân lắp ráp. Sau khi vượt qua khu vực này thì vỏ xe sẽ trải qua bài kiểm tra nước để đảm bảo các tấm cửa, kính, và gạt nước đã được lắp chính xác. Sau đó, nó đã sẵn sàng ghép với khung gầm.

Ghép

Thân xe và gầm xe được ghép lại gần cuối quá trình sản xuất. Các cánh tay robot nâng vỏ xe lên khung gầm xe, tại đây các công nhân bắt bu-lông cố định cả hai lại với nhau. Sau khi các bộ phận cuối cùng được lắp đặt, xe được lái khỏi dây chuyền lắp ráp tới điểm kiểm tra chất lượng.
  • 13 Băng chuyền lắp ráp khung gầm và băng chuyền lắp vỏ xe gặp nhau tại khâu này của quá trình lắp ráp. Khi khung gầm qua băng chuyền thân xe thì vỏ xe được robot nâng lên khỏi băng chuyền và đặt nó vào khung xe. Các công nhân lắp ráp, một vài người làm ở tầng trệt và một vài làm ở tầng hầm phía dưới băng chuyền, vặn bu-lông thân xe hơi vào khung xe. Một khi ghép xong thì xe hơi tiếp tục đi xuống dây chuyền để lắp nốt những bộ phận trang trí, pin, lốp, chống băng giá, và xăng dầu.
  • 14 Xe hơi lúc này có thể được khởi động. Tại đây, nó được lái vào điểm kiểm tra trên dây chuyền, và động cơ của nó được kiểm định, đèn và còi được kiểm tra, các lốp xe được cân bằng, và hệ thống nạp được kiểm tra. Bất cứ lỗi nào được phát hiện tại khâu này thì chiếc xe sẽ được đưa tới khu vực trung tâm sửa chữa, thường thì được đặt gần cuối dây chuyền. Một nhóm những kỹ thuật viên có kỹ năng ở khâu này sẽ phân tích và sửa tất cả các vấn đề. Khi xe vượt qua lần kiềm định cuối cùng thì nó được gắn nhãn giá và lái về khu vực đợi để vận chuyển tới đích đến.

Quản lý chất lượng

Tất cả các bộ phận lắp trong xe hơi đều được sản xuất ở các nhà máy khác. Điều này có nghĩa là hàng nghìn chi tiết cấu thành nên xe hơi phải được sản xuất, kiểm tra, đóng gói và vận chuyển tới nhà máy lắp ráp, thường là trong cùng một ngày mà nó sẽ được sử dụng. Điều này đòi hỏi việc lập kế hoạch sản xuất không hề ít. Để hoàn thành được điều này, các nhà sản xuất xe hơi đa phần đòi hỏi những nhà cung cấp chi tiết phải chịu trách nhiệm với những bộ phận của họ phải được kiểm tra nghiêm ngặt và quá trình kiểm định tương tự như chúng được dùng trong nhà máy lắp ráp. Với cách này, các nhà máy lắp ráp có thể dự đoán trước được sản phẩm của họ khi tới các bến tiếp nhận là đều được chứng nhận Điều khiển quá trình thống kê (Statistical Process Control – SPC) và không còn lỗi nào.

Sau khi các bộ phận của xe hơi bắt đầu được lắp ráp tại nhà máy xe hơi thì những chuyên viên điều khiển sản xuất có thể bắt đầu tiến trình gắn Số nhận dạng phương tiện (Vehicle Identification Number – VIN) lúc bắt đầu dây chuyền sản xuất. Trong nhiều nhà máy lắp ráp hiện đại hơn thì một bộ phát tần số radio nhỏ được gắn vào khung gầm và sàn xe. Thiết bị gửi này mang theo thông tin VIN và giám sát toàn bộ tiến trình lắp ráp của nó. Giám sát được những công đoạn nào xe đã đi qua, nơi nào nó sẽ tới tiếp theo và khi nào nó tới trạm lắp ráp tiếp theo, điều này giúp cho những người quản lý quá trình sản xuất khả năng điều khiển được chuỗi chu trình sản xuất. Trong quá trình lắp ráp, các trạm kiểm soát chất lượng lưu giữ những thông tin cần thiết liên quan tới tính nguyên vẹn của những bộ phận khác nhau của xe hơi.

Ý tưởng này tới từ sự thay đổi trong quan điểm quản lý chất lượng qua nhiều năm. Ban đầu, quản lý chất lượng được xem như là quá trình kiểm tra cuối cùng để tìm ra những lỗi chỉ sau khi xe hơi được lắp xong. Ngược lại, ngày nay chất lượng được xem xét như là một quy trình cần phải làm đúng ngay từ khâu thiết kế xe cũng như toàn bộ quá trình lắp ráp. Với cách này, công nhân lắp ráp có thể dừng toàn bộ dây chuyền nếu họ tìm ra một lỗi. Việc điều chỉnh cho đúng sau đó có thể được thực hiện, hoặc nhà cung cấp cần kiểm tra để xác định xem toàn bộ lô hàng đều có lỗi hay không. Việc thu hồi xe hơi là rất tốn kém và các nhà sản xuất làm mọi thứ có thể để đảm bảo tính nguyên vẹn của sản phẩm của họ trước khi nó được vận chuyển tới khách hàng. Sau khi xe hơi được lắp ráp, một quy trình phê chuẩn được thực hiện tai cuối dây chuyền lắp ráp để xác nhận kiểm định chất lượng từ các điểm kiểm tra khác nhau trong toàn bộ quá trình lắp ráp. Các bài kiểm định cuối cùng này kiểm tra các tấm ăn khớp chính xác với nhau; kiểm tra động lực học; tiếng rít và lắc; chức năng của các bộ phận điện tử; và động cơ, gầm máy, và sự cân chỉnh bánh xe. Trong nhiều nhà máy lắp ráp, xe hơi được định kỳ kéo ra khỏi dây chuyền kiểm định và thực hiện các bài kiểm tra chức năng toàn phần. Tất cả các nỗ lực này là để đảm bảo chất lượng và tính tin cậy cho sản phẩm được lắp ráp.

Tương lai

Sự phát triển của xe hơi điện sẽ nhiều hơn cùng với các kỹ thuật về năng lượng mặt trời và hàng không, và các vệ tinh hiện đại, công nghệ radar, hơn những cấu trúc và thiết kế xe hơi truyền thống. Xe hơi điện không có động cơ, hệ thống xả, hệ thống truyền động, giảm âm, tản nhiệt hoặc bugi đánh lửa. Nó sẽ không cần phải nạp nhiên liệu, một cuộc cách mạng thực sự. Thay vào đó, năng lượng của xe sẽ lấy từ dòng điện xoay chiều (AC), động cơ điện với thiết kế không chổi than có khả năng quay lên tới 20 000 vòng / phút. Ắc-quy cung cấp năng lượng cho các động cơ này sẽ có các cell pin công suất lớn, có khả năng sinh ra hơn 100kW. Và, không giống như các loại ắc-quy axit chì như hiện nay, các loại ắc-quy tương lai sẽ thân thiện với môi trường và có khả năng tái chế. Tích hợp với hệ thống phanh của xe là là một bộ đảo chiều năng lượng để chuyển hóa dòng điện trực tiếp trở về hệ thống ắc-quy khi bộ tăng tốc tắt, và hoạt động như một máy phát điện cấp cho hệ thống ắc-quy ngay cả khi xe hơi được lái trên chặng đường dài trong tương lai.

Sự phát triển của việc dùng xe hơi và sự trở ngại gia tăng cho việc xây dựng đường xá đã làm cho hệ thống đường cao tốc của chúng ta vừa chật chội và vừa xuống cấp. Nhưng các phương tiện chạy điện mới sẽ cho phép chúng xác định được khu vực tắc nghẽn và thậm chí việc xe tự lái sẽ sớm trở thành hiện thực. Chuyển việc điều khiển xe hơi cho máy vi tính có nghĩa là chúng sẽ thu thập thông tin trên đường đi về sự tắc nghẽn và tìm ra đường đi nhanh nhất tới đích đến mong muốn, nhờ đó mà làm cho việc sử dụng đường cao tốc được tốt hơn. Sự xuất hiện của xe hơi điện sẽ sớm tới do sự hội tụ của nhiều vấn đề và khả năng để đưa xe hơi điện thành hiện thực. Sự gia tăng ô nhiễm không khí kết hợp với các tiến bộ công nghệ to lớn sẽ thay đổi hệ thống vận tải toàn cầu, điều này sẽ đưa chúng ta tới thế kỷ 21.

Đọc thêm

Abernathy, William. The Productivity Dilemma: Roadblock to Innovation in the Automobile Industry. Johns Hopkins University Press, 1978.

Gear Design, Manufacturing & Inspection Manual. Society of Manufacturing Engineers, Inc., 1990.

Hounshell, David. From the American System to Mass Production. Johns Hopkins University Press, 1984.

Lamming, Richard. Beyond Partnership: Strategies for Innovation & Lean Supply. Prentice Hall, 1993.

Making the Car. Motor Vehicle Manufacturers Association of the United States, 1987.

Mortimer, J., ed. Advanced Manufacturing in the Automotive Industry. Springer-Verlag New York, Inc., 1987.

Mortimer, John. Advanced Manufacturing in the Automotive Industry. Air Science Co., 1986.

Nevins, Allen and Frank E. Hill. Ford: The Times, The Man, The Company. Scribners, 1954.

Seiffert, Ulrich. Automobile Technology of the Future. Society of Automotive Engineers, Inc., 1991.

Sloan, Alfred P. My Years with General Motors. Doubleday, 1963.

“The Secrets of the Production Line,” The Economist. October 17, 1992, p. S5.

(dịch từ madehow)

Sản xuất sản phẩm #H004 – Thuốc Aspirin

Lịch sử

Aspirin là một trong những loại thuốc giảm đau an toàn nhất và ít tốn kém nhất trên thị trường. Trong khi các loại thuốc giảm đau khác được phát hiện và sản xuất trước aspirin, chúng chỉ được đón nhận như là các loại thuốc bán không cần đơn ở Châu Âu và Hoa Kỳ sau sự thành công của thuốc aspirin vào thế kỷ 20.

Ngày nay, chỉ riêng người Mỹ tiêu thụ 16000 tấn viên nén aspirin một năm, tương đương với 80 triệu viên, và họ dùng khoảng 2 tỷ $ hàng năm cho các loại thuốc giảm đau không cần đơn, đa phần các loại thuốc này đều bao gồm aspirin hoặc các loại thuốc tương tự.

Hiện nay, loại thuốc này được bán với một vài liều lượng với hàm lượng thay đổi từ 0.0021 tới 0.00227 ounces (tương đương 60 tới 650 mg), nhưng nhiều nhất vẫn được dùng ở dạng viên nén. Các dạng khác bao gồm dạng viên con nhộng, thuốc đạn (suppository) và dạng lỏng (liquid elixir).

Thuốc aspirin có thể được dùng để kháng lại các vấn đề về sức khoẻ của người dùng: chứng tắc mạch não (dùng dưới một viên một ngày); đau thông thường hoặc sốt (dùng 2 tới 6 viên một ngày) và các bệnh dịch như sốt thấp khớp, bệnh gút, viêm khớp, thấp khớp. Loại thuốc này cũng có hiệu quả giúp bảo vệ khỏi các cơn đau tim. Thêm vào đó, các nhà sinh học dùng thuốc aspirin để can thiệp vào hoạt động của tế bào bạch cầu, và các nhà sinh học phân tử dùng aspirin để kích hoạt gen.

Hiệu quả rộng lớn mà aspirin có thể tạo ra làm cho nó khó xác định được nó thực tế làm việc như thế nào, và đến những năm 1970 các nhà sinh học đã đưa ra giả thuyết rằng aspirin và các loại thuốc liên quan (như ibuprofen) làm việc bằng cách ngăn sự tổng hợp của các hóc-môn nào đó gây ra đau đớn và viêm nhiễm. Sau đó, các nhà khoa học đã có những bước tiến xa hơn trong việc hiểu được hoạt động của aspirin như thế nào. Ngày nay, họ đã biết rằng aspirin và các loại thuốc tương tự ngăn cản sự phát triển của các tế bào gây ra viêm nhiễm.

Hợp chất là thành phần hoạt động trong aspirin đầu tiên được dẫn xuất, axit salicylic, được tìm thấy trong vỏ cây liễu vào năm 1763 bởi Reverend Edmund Stone vùng Chipping-Norton, nước Anh. Vỏ cây liễu (willow tree) – Salix Alba có nhiều thành phần của sacilin, glycoside của axit salicylic. Những nhà sử học đã sớm cho rằng Hippocrate thời Hy Lạp cổ đại đã dùng lá cây liễu cho mục đích tương tự – để giảm sốt và giảm đau cho nhiều loại bệnh khác nhau.

Trong suốt những năm 1800, các nhà khoa học khác nhau đã triết xuất ra axit salicylic từ vỏ cây liễu và sản xuất ra hợp chất tổng hợp này. Sau đó, vào năm 1853, nhà hoá học người Pháp Charles F. Gerhardt đã tổng hợp ra thành phần chính của aspirin, có nguồn gốc từ axit salicylic. Năm 1897, Felix Hoffmann, nhà hoá học người Đức làm việc tại bộ phận Bayer của I.G Farbẻ, đã khám phá ra một phương pháp tốt hơn để tổng hợp loại thuốc này. Mặc dù thỉnh thoảng Hoffmann đã được công nhận không chính xác là người khám phá ra aspirin, nhưng ông đã hiểu rằng aspirin là thuốc giảm đau hiệu quả mà không có ảnh hưởng phụ như axit salicylic (axit này làm cháy cổ họng và làm đau bụng).

Thuốc aspirin thương hiệu Bayer được bắt đầu sản xuất vào năm 1899 và thống trị các loại sản phẩm giảm đau cho đến sau Thế Chiến thứ 1, khi mà hãng thuốc Sterling Drug mua lại quy trình sản xuất New York của Bayer do người Đức làm chủ. Ngày nay, Aspirin là thương hiệu được đăng ký của Bayer trên nhiều quốc gia trên thế giới, nhưng ở Hoa Kỳ và Vương Quốc Anh thì aspirin có tên đơn giản là axit acetylsalicylic.

Quy trình sản xuất aspirin đã có nhiều tiến bộ song song với ngành sản xuất thuốc nói chung, với việc cơ giới hiện đại hoá được thực hiện trong suốt những năm đầu thế kỷ 20. Ngày nay, các nhà sản xuất thuốc aspirin đã được tự động hoá cao và trong một số công ty sản xuất thuốc, nó đã được hoàn toàn điều khiển bằng máy tính.

Trong khi quy trình sản xuất thuốc aspirin thay đổi tuỳ theo các công ty dược, dạng và hàm lượng thuốc có thể khác nhau nhưng quy trình này không quá phức tạp như quy trình sản xuất của nhiều loại thuốc khác. Cụ thể, sản phẩm các viên aspirin cứng chỉ yêu cầu bốn loại thành phần: thành phần hoạt động (axit acetylsalicylic), bột ngô, nước và dầu trơn.

Các vật liệu thô

Để sản xuất các viên aspirin cứng, bột ngô và nước được thêm vào thành phần hoạt động (axit acetylsalicylic) để vừa làm chất kết dính vừa làm chất phụ gia, cùng với dầu trơn. Chất kết dính giúp tạo thành các viên thuốc, chất phụ gia thì làm cho các viên thuốc tăng kích thước nhằm tạo ra các viên thuốc có kích thước đủ dùng. Một phần của dầu trơn được thêm vào trong khi trộn và phần còn lại được thêm vào sau khi các viên thuốc đã được nén. Dầu trơn giữ cho hỗn hợp không bị dính vào máy. Các dầu trơn có thể được dùng bao gồm: dầu thực vật hydrogenated, axit stearic, talc hay stearate nhôm. Các nhà khoa học đã thực hiện nghiên cứu để tách hiệu quả nhất các chất dầu trơn này khỏi các viên aspirin cứng.

Các viên aspirin nhai được bao gồm các chất hoà tan khác nhau, như mannitol, lactose, sorbitol, sucrose, và inositol, những chất này cho phép viên thuốc hoà tan nhan hơn và làm cho thuốc có vị dễ chịu. Thêm vào đó, các chất tạo vị ngon như saccharin, và chất tạo màu được thêm vào các viên nhai được. Những chất tạo màu hiện nay đã được cho phép ở Hoa Kỳ bao gồm: FD&C vàng số 5, FD&C vàng số 6, FD&C đỏ số 3, FD&C đỏ số 40, FD&C xanh dương số 1, FD&C xanh dương số 2, FD&C xanh lá số 3, một số giới hạn chất tạo màu D&C, và oxit sắt.

Quy trình sản xuất

Các viên aspirin được sản xuất với nhiều hình dạng khác nhau. Khối lượng, kích thước, độ dày và độ cứng của chúng có thể thay đổi tuỳ theo liều lượng thuốc. Bề mặt trên và dưới của viên thuốc có thể phẳng, cong, lõm hoặc lồi với nhiều mức độ khác nhau. Các viên thuốc này cũng có thể một đường vạch lõm xuống ở chính giữa bề mặt ngoài để cho viên thuốc có thể được bẻ làm đôi nếu muốn. Các viên thuốc này có thể được khắc biểu tượng hoặc các ký tự để xác định nhà sản xuất.

Các viên thuốc aspirin có cùng liều lượng được sản xuất theo từng lô. Sau khi được cân cẩn thận, các thành phần cần thiết được trộn với nhau và nén thành các đơn vị hình hạt được gọi là miếng (slug). Các miếng này sau đó được lọc để loại bỏ khí và tạo thành khối, rồi chúng được nén lại lần nữa (hoặc đột) thành rất nhiều các viên thuốc riêng lẻ. Số lượng các viên thuốc sẽ thay đổi tuỳ theo cỡ lô hàng, liều lượng thuốc và loại máy sản xuất viên thuốc được sử dụng). Tài liệu cho mỗi lô thuốc được lưu giữ qua toàn bộ quá trình sản xuất, và các viên thuốc hoàn thiện phải trải qua vài bài kiểm tra trước khi chúng được đóng lọ và đóng thùng để chuyển đi phân phối.

Ba bước đầu tiên của quá trình sản xuất aspirin: cân, trộn, và sấy. Quá trình trộn có thể được thực hiện bằng một máy trộn Glen, nó vừa trộn nguyên liệu với nhau và vừa đẩy không khí ra khỏi nguyên liệu. Trong quá trình làm khô, các lô nhỏ được đẩy qua một màng lưới dây kim loại bằng tay, còn những lô hàng lớn hơn thì có thể được thực hiện bằng một cối Fitzpatrick.

Quá trình để sản xuất các viên thuốc aspirin cứng được gọi là quá trình nghiền khô diễn ra như sau:

Cân

  • 1 Bột ngô, thành phần hoạt động, và dầu trơn được cân riêng rẽ trong những hộp vô trùng để xác định xem các thành phần có đạt những yêu cầu kỹ thuật đã xác định trước cho kích thước lô và hàm lượng thuốc không.

Trộn

  • 2 Bột ngô được phân tán vào trong nước lạnh tinh khiết, sau đó được đun nóng và khuấy đến khi nó trở thành dạng hồ trong suốt. Bột ngô, thành phần hoạt động, và phần dầu trơn sau đó được đổ vào bên trong một hộp vô trùng, và hộp này được quay trong một máy trộn được gọi là máy trộn Glen. Loại máy này ngoài việc trộn các thành phần lại với nhau thì nó cũng đẩy không khí ra khỏi hỗn hợp.
  • 3 Hỗn hợp sau đó được tách ra thành những đơn vị nhỏ, thông thường có kích thước từ 7/8 tới 1 inch (2.22 tới 2.54 cm). Những đơn vị này được gọi là slug.

Sấy

  • 4 Tiếp theo, các lô slug nhỏ được đẩy bằng tay qua một lưới bằng thép không gỉ. Các lô số lượng lớn thì chúng được lọc qua một máy gọi là cối Fitzpatrick. Dầu trơn còn lại được thêm vào hỗn hợp và được trộn nhẹ nhàng trong một máy nghiền quay và sàng lọc. Dầu trơn này giúp cho hỗn hợp không bị dính vào máy nén thuốc trong suốt quá trình nén.

Nén

  • 5 Hỗn hợp được nén thành viên bằng máy đột (đối với các lô sản xuất nhỏ) hoặc bằng máy tạo viên nén quay (đối với sản xuất số lượng lớn). Chủ yếu các máy đột sử dụng năng lượng điện, nhưng cũng có loại vận hành bằng tay. Trên máy đột đơn, hỗn hợp được cấp vào trong một khuôn hình viên thuốc (được gọi là lỗ khuôn) như sau:
    • Bộ cấp phôi (feed shoe) đi tới phía trên lỗ khuôn và nhả hỗn hợp. Bộ cấp phôi sau đó rút lại và vét sạch phần hỗn hợp thừa khỏi lỗ đột.
    • Chày đột (puch) có kích thước giống như lỗ đột, dập xuống bên trong lỗ đột, và làm nén hỗn hợp thành viên thuốc. Chày này sau đó rút lại, đồng thời một chày ở bên dưới lỗ đột được nâng lên khoang đúc và đẩy viên thuốc thoát ra.
    • Khi bộ cấp phôi trở lại và điền đầy lỗ đột lần nữa, nó đẩy viên thuốc đã nén khỏi khuôn.
  • Trên máy tạo viên thuốc quay, hỗn hợp chạy qua một dãy cấp nguyên liệu vào một số lỗ đột được nằm trên một tấm thép lớn. Tấm này quay khi hỗn hợp được cung cấp qua dãy cấp nguyên liệu, và nhanh chóng điền đầy vào mỗi lỗ đột. Các chày, cả trên và dưới lỗ đột, quay nối tiếp với quá trình quay của các lỗ đột. Các con lăn trên đỉnh của các chày phía trên đẩy các chày xuống lỗ đột, và nén hỗn hợp thành các viên thuốc, trong khi đó các chày được vận hành bằng con lăn phía dưới lỗ đột nâng lên và đẩy các viên thuốc khỏi khuôn.
Hình này mô tả nguyên lý của quá trình nén trong một máy đột đơn. Đầu tiên, phôi trộn aspirin được đưa vào một khuôn. Sau đó, một chày đột bằng thép sẽ dập xuống vào trong lỗ này và nén hỗn hợp thành một viên thuốc. Khi chày đột rút lại thì một chày khác phía dưới lỗ đột sẽ nâng lên để đẩy viên thuốc ra.

Kiểm tra

  • 6 Các viên thuốc nén được trải qua các bài kiểm tra độ cứng và kiểm tra độ giòn, cũng như một bài kiểm tra độ hoà tan của viên thuốc (xem phần Quản lý chất lượng bên dưới)

Đóng lọ và đóng thùng

  • 7 Các viên thuốc được chuyển vào dây chuyền đóng lọ tự động, tại đây chúng được đưa vào các lọ thuỷ tinh hoặc lọ nhựa polypropylene trong suốt hay phủ màu. Các lọ này được hàn kín bằng một lớp nhôm ở trên, và sau đó được đậy kín bằng một nắp nhựa và cao su. Một vòng nhựa tròn sau đó hàn cố định quanh cạnh tròn của nắp. Nó phục vụ như là một lớp niêm phong phụ để phát hiện là lọ thuốc đã mở hay chưa.
  • 8 Các lọ thuốc sau đó được dán nhãn thông tin sản phẩm và ngày hết hạn. Tuỳ theo nhà sản xuất, các lọ thuốc sau đó được đóng vào các thùng carton để chuẩn bị đưa đi phân phối.
Viên thuốc aspirin hoàn thiện thường có một rãnh lõm xuống ở chính giữa để có thể bẻ viên thuốc ra làm hai phần dễ dàng.

Quản lý chất lượng

Việc duy trì quản lý chất lượng ở mức độ cao là cực kỳ quan trọng trong ngành công nghiệp sản xuất dược phẩm, nó cũng được đòi hỏi theo Cụcquản lý thực phẩm và thuốc (Food and Drug Administration – FDA). Tất cả máy móc đều được khủ trùng trước khi bắt đầu quá trình sản xuất để đảm bảo rằng dù thế nào thì sản phẩm cũng không bị nhiễm khuẩn hoặc bẩn. Thêm vào đó, người vận hành đảm bảo duy trì một hàm lượng thuốc chính xác trong suốt quá trình sản xuất bằng cách kiểm tra định kỳ, lưu giữ thông tin từng lô một cách tỉ mỉ, và quản lý giám sát các bài kiểm tra cần thiết. Độ dày viên thuốc và khối lượng cũng được điều khiển.

Khi các viên thuốc được sản xuất, chúng phải trải qua vài bài kiểm tra chất lượng, như kiểm tra độ cứng và độ giòn của viên thuốc. Để đảm bảo các viên thuốc không bị mẻ hoặc vỡ dưới các điều kiện bình thường, thì chúng được kiểm tra độ cứng trong một máy như máy kiểm tra độ cứng viên thuốc Schleuniger (hoặc Heberlein). Chúng cũng được kiểm tra độ giòn, đây là khả năng chống chịu trong quá trình đóng gói và vận chuyển. Một máy được gọi là máy kiểm tra độ giòn Roche được dùng để thực hiện bài kiểm tra này. Trong suốt bài kiểm tra, các viên thuốc được đảo lộn và chịu những tác động shock lặp đi lặp lại.

Một bài kiểm tra khác là bài kiểm tra độ hoà tan của viên thuốc. Để đảm bảo rằng các viên thuốc sẽ được hoà tan ở tốc độ mong muốn, một mẫu lấy từ lô sản xuất được đặt trong một máy kiểm tra độ hoà tan viên thuốc như máy kiểm tra Vanderkamp. Thiết bị này bao gồm sáu ống nhựa mở ở trên và dưới. Đáy của ống được che bằng một màng lưới. Ống nhựa này được đổ đầy các viên thuốc và co lại trong một khoảng thời gian cụ thể và tốc độ được xác định nếu các viên thuốc hoà tan như đã thiết kế.

Đọc thêm

HIJSA’S Pharmaceutical Dispensing, 6th edition, Mack Publishing Company, 1966.

History of Pharmacy, 4th edition, The American Institute of History of Pharmacy, 1986.

An Introduction to Pharmaceutical Formulation, Pergamon Press, 1965.

Mann, Charles C. The Aspirin Wars: Money, Medicine & One Hundred Years of Rampant Competition. Alfred A. Knopf, Inc. 1991.

Remington’s Pharmaceutical Sciences, 17th edition, Mack Publishing, 1985.

Draper, Roger. “A Pharmaceutical Cinderella (History of Aspirin),” The New Leader. January 13, 1992, p. 16.

Weissmann, Gerald. “Aspirin,” Scientific American. January, 1991, pp. 84-90.

Wickens, Barbara. “Aspirin: What’s in a Name?,” Maclean’s. July 16, 1990, p. 40.

(dịch từ madehow)