水辅助注射成型技术简介
什么是水辅助注射成型技术
什么是水辅助注射成型技术?收藏水辅助注射成型技术，英文Water-AssistedInjectionMoldingTechnology，简称WAIM，另外有人称作WaterInjectionTechnology，简称WIT；是在气体辅助注射成型基础上发展起来的新技术，即用水来代替气体辅助熔体流动充模，最后用压缩空气将水从制品空腔中排出。
水辅助注射成型过程是利用增压器或空气压缩机产生高压水，经过活塞式的喷嘴将高压水注射到已经部分预充填熔体的型腔内，利用水的压力将熔体往前推而充满型腔。
以水不会蒸发的这种方式进行注射，水的前沿象一个位移柱塞那样作用在制品的熔融芯上，从水的前沿到熔体的过渡段，固化了一层很薄的塑料膜，它象一个高粘度的型芯，进一步推动聚合物熔体前进：待熔体冷却完成后，利用压缩空气将水从制品中压出，然后将制品顶出，形成中空的成型制品。
利用在高速的熔体流动过程水不会蒸发的这种特性，配合完善的工艺控制手段将水的优点完全展现出来，并且确保水的循环利用。
水辅助注射成型发展历程早在20世纪70年代初，就有人提出将流体(水、油等)注射到熔化聚合物中形成中空的概念，这就是后来称之为水辅助注射成型的技术。
但是，这种技术由于气体辅助注射成型的出现和广泛应用而被搁置一旁。
近年来，由于气体辅助注射成型技术使用中暴露出的一些不足，人们又转而对水辅助注射成型技术的研究工作发生兴趣。
目前这一技术的研发工作进步很大，并己得到商用。
据有关资料介绍水辅助注射成型技术的首次商业应用是德国Herford的SuloGmbH公司制造的全塑购物车。
这个项目开始于1998年，它用到了舒尔曼（Schulman）公司的PP材料和PME(ProjectManagementEngineering)公司水辅助注射成型技术，来成型一个有三条直径为20—60mm，长为800—1500mm水道的制品。
这个PP材料的购物车原来用气体辅助注射成型周期需要280s，而用水辅助注射成型只要68秒。
六种特殊成型工艺
六种特殊成型⼯艺⼀、压缩注塑成型压缩注塑成型是⽐较传统的⼀种注塑⽅式原理：先将熔料注⼈到模腔，当熔料进⼈模肺时。
模具在其压⼑下打开少许;待熔料充满型腔后，再⽤⾼压锁紧模具得到所需的制品。
第⼆步是压制成型。
由于熔料是在模具已成微量开启状态下进⼊型腔的，故所需允模⼯⼒较⼩。
在成型时螺杆已不再向模腔内注料，⽽靠⾼压锁紧模具从⽽⼒Lf压于塑料⽽成型，因⽽制品取向较⼩，内应⼒低。
该法特别适合于成型⽽积⼩的透明度要求⾼的制品；优点:它能增加注塑零件的流长⽐；采⽤更⼩的锁模⼒和注塑压⼒；减少材料内应⼒；以及提⾼加⼯⽣产率。
注射压缩成型适⽤于各种热塑性⼯程塑胶制作的产品;如⼤尺⼨的曲⾯零件，薄壁，微型化零件，光学镜⽚，以及有良好抗冲击要求的零件;⼆、排⽓注塑成型原理：当注塑体积达到⼤约80%-95%时，注塑暂停；把模具打开⼤约0.1-0.2mm以便挥发性⽓体的排出；⼆次合模，并注塑剩余注塑量。
优点：⽓体辅助注射成型零件注射压⼒较低，可以选择较低锁模⼒的设备成型较⼤的零件。
三、低压注塑成型原理:压注塑⼯艺是⼀种使⽤很低的注塑压⼒将热熔材料注⼊模具并快速固化的封装⼯艺，以热熔材料卓越的密封性和优秀的物理、化学性能来达到绝缘、耐温、抗冲击、减振、防潮、防⽔、防尘、耐化学腐蚀等功效，对电⼦元件起到良好的保护作⽤。
优点：低压注塑成型⼯艺的设备成本低；四、⽓辅注塑成型注塑阶段（部分）-充⽓阶段（N2）-⽓体保压阶段（冷却⽓压不变）-降压阶段-脱模阶段优点：辅注塑技术具有很多的⽆可相⽐的优点，它不仅仅降低塑料制品的制造本钱，还可以进步其某些性能；振业注塑认为在制件能够达到相同的使⽤要求情况下，采⽤⽓辅注塑可以⼤⼤节省塑胶原料，其节省率可⾼达50%，⼀⽅⾯，塑胶原料⽤量减少带来整个成型周期各个环节时间的减少；五、⽔辅注塑成型⽔辅助注塑成型技术是将部分熔体注⼊模腔后，通过设备将⾼压⽔注⼊熔体内，最终使⼯件成型的⼀种先进注塑⼯艺。
几种特殊的塑胶成型工艺
几种特殊的塑胶成型工艺1．气体(水)辅助注射成型气体辅助注射成型是自往复式螺杆注塑机咨询世以来，注射成型技术最重要的进展之一。
它通过高压气体在注塑制件内部产生中空截面，利用气体积压，减少制品残余内应力，排除制品表面缩痕，减少用料，显示传统注射成型无法比拟的优越性。
气体辅助注射的工艺过程要紧包括三个时期：起始时期为熔体注射。
该时期把塑料熔体注人型腔，与传统注射成型相同，然而熔体只充满型腔的60％－95％，具体的注射量随产品而异。
第二时期为气体注人。
该时期把高压惰性气体注人熔体芯部，熔体前沿在气体压力的驱动下连续向前流淌，直至充满整个型腔。
气辅注塑时熔体流淌距离明显缩短，熔体注塑压力能够大为降低。
气体可通过注气元件从主流道或直截了当由型腔进人制件。
因气体具有始终选择阻力最小（高温、低粘）的方向穿透的特性，因此需要在模具内专门设计气体的通道。
第三时期为气体保压。
该时期使制件在保持气体压力的情形下冷却．进一步利用气体各向同性的传压特性在制件内部平均地向外施压，并通过气体膨胀补充因熔体冷却凝固所带来的体积收缩（二次穿透），保证制品外表面紧贴模壁。
气辅技术为许多原先无法用传统工艺注射成型的制件采纳注塑提供了可能，在汽车、家电、家具、电子器件、日常用品、办公自动化设备、建筑材料等几乎所有塑料制件领域差不多得到了广泛的应用，同时作为一项带有挑战性的新工艺为塑料成型开创了全新的应用领域。
气辅技术专门适用于制作以下几方面的注塑制品：1）管状、棒状制品：如手柄、挂钩、椅子扶手、淋浴喷头等。
采纳中空结构，可在不阻碍制品功能和使用性能的前提下；大幅度节约原材料，缩短冷却时刻和生产周期。
2）大型平板制件：如汽车外表板、内饰件格栅、商用机器的外军及抛物线形卫星天线等。
通过在制件内设置式气道，能够显著提高制品的刚度和表面质量，减小翘曲变形和表面凹陷,大幅度降低锁模力，实现用较小的设备成型较大的制件。
3）厚、薄壁一体的复杂结构制品：如电视机、运算机、打印机外壳及内部支撑和外部装饰件等。
水辅注射成型技术综论
与气辅注射成型相类似 ， 水辅 注射 成型技术也是用于 中 空制件 的注射成 型。其基本成型过程是 ： 首先把聚合 物熔
体 注入模具型腔 ， 然后将 流体（ ） 水 导入熔 体 中， 流体 （ ） 水 沿
着 阻力最 小 的方 向流 向制 件 的低 压 和 高 压 区域 。当 流体
（） ４ 由于水对制件 内表面 的直接冷 却作用 ， 加之 水 的热 导率是气体 的 ４ 倍 ， 容为气体 的 ４ ， ０ 比热 倍 通常情况 下水辅
注射成型技术成 型的制 件仅仅 是气 辅 注射成 型周 期 的 １ ３ ／
～
注射成型技术 已经在 商业化 生产 中得 到初步 的应 用。笔者
基 于对 当前 国内外水辅注射成型技术研究现状 的调查 研究 ， 现就这一新兴 的注射成型技术 的原理 、 特点 、 工艺 、 设备及应 用、 发展现状做 较详 细的介绍 。
首次提 出了这一新兴 的成型技术 。正是 由于水辅 注射成 型较之常规注射 成型及气辅注射成型具有冷却速度快 、 成型 周期短 、 节省原材料 、 制件 表面性能 好 、 壁厚 均匀 、 以用来 可 生产 中空的平板 、 薄壁带加强筋等类型 的制件 和厚 的壁厚均 匀 的注塑件及大 、 长型 中空 注塑件等 无与伦 比的优越性 ， 才 使得其在短短几年 内就取 得 了巨大 的发展 ， 尤其是 ２ ０ 年 ０１ 在德 国杜赛尔多夫举办的全球最具 影响 力之一 的 Ｋ展年会 上， 水辅注射成型技术取 得了突破性进 展。到 目前为止水辅
往往很难控制 ， 制件 质量不稳定 ， 厚均 匀性差 。而水辅 注 壁
２ 世纪 ７ ０ ０年代就有 人提 出将流 体注 入 聚合物 熔体 中成型
水辅助注射成型.
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7） 5
3
水辅注射成型特点
a.冷却时间短，成型周期大大缩小。
b.由于水的压缩性很小，可承受较高的注射压力。
c.可成型壁厚更薄的制品。 d.水易控制，避免了进入熔体的气体膨胀产生气泡。 e.水不可压缩，保证制品外形美观，尺寸稳定。 f. 水的获取比氮气容易，成本也更低，因而生产成本降低。
水辅注射成型
主讲 刘西文
1
内容提要 1
水辅注射成型
2
水辅注射过程
3
水辅注射特点
2
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水辅助注射成型
水辅助注射成型过程是利用增压器或空气压缩机产生高压水，经过
活塞式喷嘴将高压水注射到已经部分充满模腔的熔体中，利用水的压 力将熔体向前推进而使熔体充满整个模腔。 注入熔体中的高压水与熔体接触，形成一层 很薄的塑料膜，就像一 个高黏度的型芯，进一步推动熔体前进。成型过程中的保压和冷却也 依靠水来完成，冷却固化后，利用压缩空气将水从制品中压出，然后 开模取出制品。
一般来说，较厚和较长的制品更适合水辅助注射成型。
谢谢大家
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注射成型特点及应用领域
注射成型特点及应用领域注射成型是一种在成型工艺中广泛应用的方法，它通过将熔化的塑料注入到模具中形成零件。
注射成型的特点是非常高效和精确，适用于多种不同类型的塑料和各种尺寸的产品，因此在许多不同的应用领域都有广泛的应用。
注射成型的主要特点包括以下几个方面：1. 高效率：注射成型的生产速度非常快，每分钟可以生产数百个产品，它可以高效地生产大批量的产品。
2. 精度高：注射成型可以制造出精度非常高的产品，通常可以达到±0.05毫米的高精度。
3. 多种塑料可用：注射成型可以使用多种塑料材料来生产不同类型的产品。
而且这些材料可以根据使用需求的差异性进行定制。
4. 应用范围广：注射成型可以生产各种不同尺寸、形状和复杂度的产品，从小到微型产品，大到机器部件都可使用注射成型技术生产。
注射成型在许多行业中都有大量应用。
以下是注射成型的主要应用领域。
1. 汽车工业：汽车零部件通常由注射成型制造而成。
汽车制造商可以使用注射成型生产汽车前灯、后灯、仪表板、方向盘外套、车门等部件。
2. 医疗科技：注射成型可制造体重轻、耐用且非常精密的医疗设备和器具，如各种包括输液瓶、注射器、血糖计上使用的塑料零件。
3. 家电家居：许多家电产品都需要注射成型技术，例如微波炉、冰箱、电视机支架等。
4. 玩具制造业：玩具制造商使用注射成型技术制造各种类型、各种形状和颜色的玩具。
注射成型制造是制造塑料玩具的主要方法。
5. 电子产品：注射成型技术在电子领域也有应用，如电脑外壳、手机外壳、电视机支架等的制造过程中可以使用注射成型技术生产。
综上所述，注射成型是一种高效、精确、多功能的成型方法，广泛应用于许多行业。
无论是生产大型工业机器、汽车部件、医疗设备、日用品还是小型玩具，注射成型都是一种非常可靠的制造方法。
八大塑料注塑成型技术及特点
八大塑料注塑成型技术及特点气辅注塑（GAIM）成型原理：气辅成型（GAIM）是指在塑胶充填到型腔适当的时候（90%~99%）注入高压惰性气体，气体推动融熔塑胶继续充填满型腔，用气体保压来代替塑胶保压过程的一种新兴的注塑成型技术。
特点：•减少残余应力、降低翘曲问题；•消除凹陷痕迹；•降低锁模力；•减少流道长度；•节省材料；•缩短生产周期时间；•延长模具寿命；•降低注塑机机械损耗；•应用于厚度变化大之成品。
GAIM可用于生产管状和棒状制品、板状制品以及厚薄不均的复杂制品。
水辅注塑(WAIM)成型原理：水辅注塑(WAIM)是在GAIM 基础上发展起来的一种辅助注塑技术,其原理和过程与GAIM类似。
WAIM用水代替GAIM的N2做为排空、穿透熔体和传递压力的介质。
特点：与GAIM相比,WAIM具有不少优势•水的热传导率和热容量比N2大得多,故制品冷却时间短,可缩短成型周期;•水比N2更便宜,且可循环使用;•水具有不可压缩性,不容易出现手指效应,制品壁厚也较均匀;•气体易渗入或溶入熔体而使制品内壁变粗糙,其至在内壁产生气泡,而水不易渗入或溶入熔体,故可制得内壁光滑的制品。
精密注塑成型原理：精密注塑是指能成型内在质量、尺寸精度和表面质量均要求很高的产品的一类注塑技术。
其生产出来的塑胶制品的尺寸精度，可以达到0.01mm 以下，通常在0.01～0.001mm之间。
特点：•制件的尺寸精度高，公差范围小，即有高精度的尺寸界限精密塑胶制件的尺寸偏差会在0.03mm以内，有的甚至小到微米级，检测工具依赖于投影仪。
•制品重复精度高主要表现在制件重量偏差小，重量偏差通常在0.7%以下。
•模具的材料好，刚性足，型腔的尺寸精度、光洁度以及模板间的定位精度高•采用精密注射机设备•采用精密注射成型工艺精确控制模具温度、成型周期、制件重量、成型生产工艺。
•适用的精密注射成型材料PPS、PPA、LCP、PC、PMMA、PA、POM、PBT、加玻纤或碳纤的工程材料等。
水辅注塑成型入门
蚀性。
一些加工厂家将聚丙烯用在水辅工艺中，另外一些厂家则正在评估非填充型丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、乙缩醛及聚对苯二甲酸丁二醇脂（PBT）等基料的相关应用。
应用前景
水辅注塑成型技术主要在欧洲得到发展，这意味着在欧洲这一技术的商业应用比在北美或亚洲更为领先。
它的应用涉及车用部件、消费品部件及工业用部件。
典型的应用有手柄、顶架、摇杆盖、车门组块、铲子、托架、椅子和办公家具等。
这些管状组件中有些过去采用气辅成型技术生产，但用水辅技术更为适合。
法国L av ans-lès-St.-Claude的Smoby SA公司生产的三轮车把和前轮支叉是采用水辅注塑成型的一个范例。
这套车把-前叉三组件由聚丙烯制成。
车把重约400克，前叉重约350克。
壁厚为20-40毫米。
使用Battenfeld公司的Aquamold系统，水辅的应用使其成型周期较之气辅注塑成型减少了约40%。
BMW公司的机油油尺现正采用Engel公司的Watermelt水辅工艺生产。
此标管长450毫米，有着15毫米的外径和6.5毫米的壁厚。
油尺由杜邦公司的水辅注塑尼龙制成。
紧密容忍度要求油尺公隙不超过1毫米。
什么是水辅助注射成型技术
什么是水辅助注射成型技术?收藏水辅助注射成型技术，英文Water-AssistedInjectionMoldingTechnology，简称WAIM，另外有人称作WaterInjectionTechnology，简称WIT；是在气体辅助注射成型基础上发展起来的新技术，即用水来代替气体辅助熔体流动充模，最后用压缩空气将水从制品空腔中排出。
水辅助注射成型过程是利用增压器或空气压缩机产生高压水，经过活塞式的喷嘴将高压水注射到已经部分预充填熔体的型腔内，利用水的压力将熔体往前推而充满型腔。
以水不会蒸发的这种方式进行注射，水的前沿象一个位移柱塞那样作用在制品的熔融芯上，从水的前沿到熔体的过渡段，固化了一层很薄的塑料膜，它象一个高粘度的型芯，进一步推动聚合物熔体前进：待熔体冷却完成后，利用压缩空气将水从制品中压出，然后将制品顶出，形成中空的成型制品。
利用在高速的熔体流动过程水不会蒸发的这种特性，配合完善的工艺控制手段将水的优点完全展现出来，并且确保水的循环利用。
水辅助注射成型发展历程早在20世纪70年代初，就有人提出将流体(水、油等)注射到熔化聚合物中形成中空的概念，这就是后来称之为水辅助注射成型的技术。
但是，这种技术由于气体辅助注射成型的出现和广泛应用而被搁置一旁。
近年来，由于气体辅助注射成型技术使用中暴露出的一些不足，人们又转而对水辅助注射成型技术的研究工作发生兴趣。
目前这一技术的研发工作进步很大，并己得到商用。
据有关资料介绍水辅助注射成型技术的首次商业应用是德国Herford的SuloGmbH公司制造的全塑购物车。
这个项目开始于1998年，它用到了舒尔曼（Schulman）公司的PP材料和PME(ProjectManagementEngineering)公司水辅助注射成型技术，来成型一个有三条直径为20—60mm，长为800—1500mm水道的制品。
这个PP材料的购物车原来用气体辅助注射成型周期需要280s，而用水辅助注射成型只要68秒。
注射成型的发展【精选】
特殊注射成型的类型
多组分注射成型 • 聚合物与聚合物
• 同种聚合物的夹心注射 • 不同聚合物共注射
• （一般的）共注射成型 • 模内组装共注射 • 多层结构注射
• 聚合物与其他物质
• 流体辅助注射成型——气体辅助、水辅助注塑 • 金属球（projectile）辅助注射成型 • 聚合物与低熔点金属
注射成型的发展
注射成型发展历史
• Johannaber把注射成型的历史发展分成8个阶 段
1. Predecessors：1878~1931，手工或机械操作 2. 1932~1950：带塑化料筒、电动或液压驱动 3. 1950~1956：带预塑装置和注射活塞 4. 1956年起：螺杆式注射机 5. 1960年起：带闭环控制的自动控制注射机 6. 1970年起：过程控制 7. 1980年起：自动控制的注射工厂 8. 1985年起（部分自1970年起）：特殊注射成型的
– 注射层压复合：片材、彩饰、织物、皮革。 （包括IMD、IML、）
– 杂混（hybrid）技术：金属嵌件技术
注射复合的门内板
注射复合的车身部件
更均匀的熔体
1. 气体辅助注塑(GAIM)
1. 气体辅助注塑(GAIM)
1.1 气辅注塑的过程
1.2 气辅注塑的应用
• 生产尺寸大、壁厚不均匀的、形状复杂 的制品，且大大降低了表面粗糙度、内 应力和生产成本，可以对粗厚件减重并 改善表面质量，对大型平板制件降低锁 模力，减小翘曲变形等。例如用于生产 汽车仪表板、车窗滑槽、门把手、甚至 保险杠等。
Röchling Automotive公司从2000年起开始研究，2003年成 功应用于BMW的冷却水管。与GIT和WIT相比，最大特点 是对塑料无特殊要求。
水辅注塑
高分子材料科学与工程研讨会水辅助注塑的实验研究*黄汉雄，邓志武（华南理工大学工业装备与控制工程学院，塑料橡胶装备及智能化研究中心，广州510640）水辅助注塑（W AIM）是一种新型的中空成型方法，其成型原理与气体辅助注塑（GAIM）的基本相似。
W AIM技术除了可减少或消除翘曲、避免凹痕、节省原料、降低制品内应力、减小锁模力外，可生产壁厚更薄、更均匀，内表面较光滑的制件（GAIM很难达到）。
水辅助注塑主要用于成型管或棒状制品、大型板状制品或厚度不均匀的复杂制品，如介质导管、汽车门把手、汽车顶梁、踏板、扶手等。
本文采用短射法，对水辅助注塑弯曲状导管的水穿透长度、沿水穿透方向的残留壁厚和壁厚偏差率以及结晶度进行研究。
1. 实验实验设备：采用本课题组自主研发的水辅助注塑设备，其主要由注塑机、高压水产生装置、模具、模温控制装置、注水喷嘴等构成，其中高压水产生装置的工作介质为自来水、最大流量为30 L/min、最高注水压力为25MPa，成型的制品是弯曲状导管，如图1所示，其外径18 mm，总长387.5 mm。
实验材料：聚丙烯（PP），牌号CJS700，中国石油化工股份有限公司广州分公司。
实验方法：采用单因素实验法进行研究。
改变的工艺参数包括熔体注射量、注水压力、熔体温度和注水延迟时间，其中选择熔体注射量68.5 %、注水压力6 MPa、熔体温度230 ℃、注水延迟时间3 s为基准参数。
每组实验重复5次。
样品测试：测量制品上从注水口至水道末端的流动长度即水穿透长度，分别测量制品上5个平直段S1、S3、S5、S7和S9的中间位置P1、P3、P5、P7和P9(见图1)的平均残留壁厚。
分别靠近水道开始位置(P1)和末端位置(P9)选取外壁、中间位置和内壁约4mg的材料作为试样，采用德国NETZSCH公司生产的DSC 204型示差扫描量热仪进行热分析。
2. 结果与分析图2示出了上述四种工艺参数对水辅注塑PP弯管水穿透长度和残留壁厚的影响。
水辅助注射成型技术研究
值模拟方法和实验方法 ； 熊爱华等 介绍 了水辅注 射 成 型 原 理 、 艺过 程 、 艺 特 点 ， 述 了设 备 的系 工 工 论
统 组 成 、 型设 备 以及 该 技术 的应 用 和 国 内外 的研 成
究现状 ； 贾振华等 介绍 了水辅助注射成型技术 的 基 本 原 理 、 需装 备 、 艺 方 法 ， 结 出水 辅 助 注 射 所 工 总 成 型 的优 缺点 ， 论述 了该 技 术 的研究 概况 。 笔者 摒弃 了水辅助 注射成型技术 中一般 性知
３ １ 充填 模 拟 ．
ａ ａ 芸＋， ， 。 。 导
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水辅 助 注射 成 型 中 由 于水 的注 入 ， 其 充填 过 使 程 十 分 复 杂 。 匡 唐 清 Ｈ 。 于 ＨｅｅＳ ａ 流 动 模 型 。基 ｌ ｈｗ ． 对 直 圆管 充 填过 程 进 行 数 值模 拟 ， 过 单 因素 实 验 通 法研 究 了 工 艺 参 数 对 水 穿 透 长 度 和 残 留壁 厚 的 影
Ｆｉ ａｌ ｔｃ ｎ ｃ ｌ ｉｆ ｕ ｔ ｓ ｌ ｃ ｓａ ｄ ｒ ｓ ａ ｃ ｉｅ ｔ ｎ ｒ ｕ ｌ ｏ ｅ ． ｎｌ ｙ， ｅ ｈ ｉ ａ ｆ ｃ ｌｉ ， ａ ｋ ｎ ｅ ｈ ｄ ｒ ｃｉ ｓｗｅ ｅｏ ｔ ｋ ｄ ｄ ｉ ｅ ｅ ｒ ｏ ｏ
Ｋｅ ｗｏｄ ｗａｅ ａｓ ｔｄｉ ｅｔ ｎｍｏｄｎ ｍａｈｍａ ｃｌ ｄｌ ｍｏｄｎ ｑ ｉｍｅｔ；ｕ ｒ ａ ｓ ｕａ ｏ ｅｐｒ ｎ ｙ ｒ ｓ： ｔｒ ｓｉｅ ｊｃｉ ｌｉｇ； ｔｅ ｔ ａ ｅ ｓ ｎ ｏ ｉ ｍｏ ｓ； ｌｉｇｅｕｐ ｎ ｎ ｍｅｉ ｌ ｉ ｌｔ ｎ；ｘ ｅ ｍｅｔ ｃ ｍ ｉ ｉ
基于Fluent的管件短射法水辅助注塑数值模拟
基于Fluent的管件短射法水辅助注塑数值模拟【摘要】水辅助成型是基于气体辅助成型技术发展起来的，因其充填介质不同，使得水辅助成型相比气体辅助成型有很多的优势。
水辅助注塑工艺的主要方法有短射法和溢流法，其主要应用对象是管类制件。
鉴于目前短射法水辅助注塑工艺理论研究的极度缺乏，本文对管件的短射法水辅助注塑工艺进行数值模拟研究。
【关键词】管件；短射法；水辅助注射成型；数值模拟1.引言水辅助成型是基于气体辅助成型技术发展起来的，因其充填介质不同，使得水辅助成型相比气体辅助成型有很多的优势[1]。
水辅助注塑工艺的主要方法有短射法和溢流法，其主要应用对象是管类制件。
鉴于目前短射法水辅助注塑工艺理论研究的极度缺乏，本文对管件的短射法水辅助注塑工艺进行数值模拟研究，借助Fluent软件实现水辅助注塑成型流动和冷却过程的数值模拟。
2.水辅助注塑成型充填过程的数学模型水辅助注塑成型的充填过程首先是将熔体注入模具型腔，部分填充，而后在高压水的推动下进行完全填充的一个非等温、非稳态、纯粘度的复杂流动问题，精确地描述这一流动过程十分的困难，必须从流体力学的基础理论出发，结合水辅助成型工艺的实际情况进行合理的简化与假设处理，才能建立起较为准确地描述该过程，容易实现的数学模型。
2.1 水辅助注塑成型充模流动的理论基础[2]流体流动控制方程是物理学中守恒定律的数学描述。
守恒定律包括质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律。
相对应的流体流动控制方程为连续性方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
（1）质量守恒方程（连续性方程）（1）式中：表示流体密度；div表示矢量微分算子；u表示流体速度。
在笛卡尔坐标系下其展开式为：（2）在柱坐标下其展开式为：（3）（2）动量守恒方程（4）式中：为应力张量；为重力矢量。
根据柯西应力张量的描述，其可以分为两部分：（5）其中：p为流体净水压力，为偏应力张量。
根据广义牛顿本构方程，偏应力张量表示为：（6）其中：为粘度系数，与温度和压力有关，为应变速率张量。
水辅助注射成型
水辅助注射成型（WAIM）水辅注射成型（WAIM）是在气体辅助注射成型（GAIM）的基础上发展起来的一种新兴的注射成型工艺。
尽管早在20世纪70年代就有人提出将流体注入聚合物熔体中成型中空制件的概念，但水辅注射成型技术真正兴起始于1998年，在著名的德国亚琛理工大学塑料加工研究中心IKV召开的技术研讨会上发表的一篇水辅注射技术研究报告中首次提出了这一新兴的成型技术[1]。
与GAIM相比，WAIM具有诸多优点，比如它具有较短的生产周期、较便宜的冷却介质和较小的制品壁厚等，并且还可以生产内壁非常光滑的塑料制品，因此WAIM现已越来越受到重视。
一、水辅助注射成型原理水辅注射成型是利用升压装置产生高压水，经喷嘴将高压水注射到已部分预先填充熔体的型腔内，利用水的压力将熔体前推充满型腔。
水的前沿像一个位移柱塞那样作用在制件的熔融芯上，从水的前沿到熔体的过渡段，固化了一层很薄的塑料膜，它像一个高粘度的型芯，进一步推动聚合物熔体，从而形成空心体[4]。
最后利用重力或压缩空气将水从制件中排出，冷却脱模后获得制品。
其成型过程一般概况为三个阶段：熔体充填，水的注入，水保压与冷却[3]。
如图1所示。
（a）（b）（c）（a）熔体充填（b）水的注入（c）水保压与冷却图1 水辅助注射成型原理图二、水辅助注射成型工艺与气辅注射成型类似，水辅注射成型工艺一般分为4种，如上所示。
各种工艺方法优缺点比较，如下表1所示。
三、水辅助注射成型工艺的优缺点1 优点（1）水辅注射成型工艺可以显著缩短工件冷却时间从而大大缩短成型周期。
这是WAIM的最大优点。
水辅注射成型是将一定温度（10~80℃）的高压（30MPa）水注入模腔内熔体的芯部，因此水可直接从制品壁厚的芯部对制品进行冷却，而且这种冷却是随着制品形状由内到外均匀作用的，冷却充分。
研究表明，水辅助注射成型的冷却循环时间只有气体辅助成型的25%，甚至更低[5]。
（2）利用水辅注射成型塑料制件时，与气辅注射成型最大的差别在于气体是可压缩的，而水不可压缩。
水辅注塑原理
水辅注塑原理的基本原理水辅注塑（Water Assisted Injection Molding，简称WAIM）是一种注塑成型方法，它利用高压水来辅助形成产品的中心腔道，从而实现产品内部的空心结构。
相较于传统注塑成型方法，水辅注塑具有节约材料、降低成本、提升产品质量等优点，在汽车零部件、电器电子、医疗器械等领域得到广泛应用。
水辅注塑的基本原理是在注塑成型过程中，利用高压水冷却，形成产品中心腔道并促使塑料材料排列紧密，从而实现产品的中空结构。
下面详细介绍水辅注塑的基本原理步骤：1. 射料阶段水辅注塑的射料阶段与传统注塑成型方法基本相同。
首先将塑料颗粒加入注射机的料斗中，通过螺杆和加热筒将塑料颗粒熔化，形成熔融状态的塑料浆料。
接着，塑料浆料被注射机的射嘴送入模具腔腹中。
2. 水辅助阶段当塑料浆料注入模腔后，开始进入水辅助阶段。
在这个阶段中，高压水被引入模具中的一部分空腔，冷却并充填塑料浆料周围的空间，形成产品的中心腔道。
这一步骤的关键在于控制水的压力和进入点。
首先，在射入模腔紧接着的瞬间，通过喷嘴或其他装置将高压水注入模腔中，以保持塑料浆料周围形成一个密闭的空腔。
然后，通过调节高压水的压力，使其对塑料浆料施加适度的压力，使其在塑料浆料恢复固态之前不会发生开裂，同时还可以在形成中心孔之后，继续有效地冷却塑料浆料。
3. 成型浇注阶段在完成水辅助阶段后，注射机将继续压缩塑料浆料，确保完全填满整个模具腔道。
这一阶段与传统注塑成型中的充填阶段相似，但由于水的辅助，塑料浆料的压实和填充更加均匀和完整。
注射机会持续施加一定的压力，并保持塑料浆料的温度，以确保整个模具腔道内的塑料可以完全流动充实。
4. 冷却阶段在成型浇注阶段之后，塑料浆料需要继续保持一定的压力，以确保塑料在冷却过程中不发生形状变化。
此时，高压冷却水将继续通过模具中的水道进行流动，通过吸热冷却塑料浆料，使其迅速恢复到固态状态。
在冷却结束后，模具可以打开，产品可以从模具中取出。
注射成型的原理、特点、工艺及应用
塑料成型工艺讨论课报告注射成型的原理、特点、应用及工艺过程姓名：1.注射成型原理将粒状或粉状的塑料加入到注射机的料斗，在注射机内塑料受热熔融并使之保持流动状态，然后在一定压力下注人闭合的模具，经冷却定型后，熔融的塑料就固化成为所需的塑件。
2.注射成型特点注射成型的生产周期短，生产率高，采用注射成型可以生产形状复杂，尺寸要求高及带有各种嵌件的塑件，这是其它塑料成型方法都难以达到的；其次，注射成型在生产过程容易实现自动化，如注射、脱模、切除浇口等操作过程都可实现自动化，因而注射成型得到了广泛的应用。
2.1 优点：成型周期短、生产效率高、易实现自动化能成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件产品质量稳定适应范围广2.2 缺点：注塑设备价格较高；注塑模具结构复杂；生产成本高、生产周期长、不适合于单件小批量的塑件生产。
3.应用除少数热塑性塑料（氟塑料）外，几乎所有的热塑性塑料都可以用注射成型方法生产塑件。
注射成型不仅用于热塑性塑料的成型，而且已经成功地应用于热固性塑料的成型。
目前，其成型制品占目前全部塑料制品的20－30％。
为进一步扩大注射成型塑件的范围，还开发了一些专门用于成型有特殊性能或特殊结构要求塑件的专用注射技术．如高精度塑件的精密注射、复合色彩塑件的多色注射、内外由不同物料构成的夹芯塑件的夹芯注射和光学透明塑件的注射压缩成型等。
4.注射成型工艺过程4.1 成型前准备原料外观检验及工艺性能测定：包括塑料色泽、粒度及均匀性、流动性（熔体指数、粘度）热稳定性及收缩率的检验。
塑料预热和干燥：除去物料中过多的水分和挥发物，以防止成型后塑件表面有缺陷或发生降解，影响塑料制件的外观和内在质量。
物料干燥的方法：小批量生产，采用烘箱干燥；大批量生产，采用沸腾干燥或真空干燥。
料筒清洗：当改变产品、更换原料及颜色时均需清洗料筒。
嵌件预热：减少物料和嵌件的温度差，降低嵌件周围塑料的收缩应力，保证塑件质量。
气辅与水辅注塑技术的比较
来源于：注塑财富网 气辅与水辅注塑技术的比较气辅注塑与水辅注塑基于相似的工艺技术，因此，其适用范围也类似。
那么，这两种技术之间的差别在哪里？这两种技术各自的适用范围都在哪里？气辅注塑成型作为一项非常成熟的技术已经在塑料加工业有了多年的应用历史，其中该技术一个最重要的应用领域就是厚壁塑件的生产，例如生产手柄及其类似产品等。
板型件或其他具有局部加厚区的塑件也是气辅注塑重要的应用领域。
与之相对应的水辅注塑成型技术却是一项新技术，从德国塑料加工研究所（IKV）公布水辅注塑技术的初步成果到现在还只有六个年头，然而，这种技术一直快速发展着。
水辅注塑技术发明不久，人们便利用该技术加工出一种超市手推车配件。
之后，人们利用水辅注塑成型批量生产的手柄与截面积大的杆形塑件。
从实际生产来看，具有功能空间或流道的塑件开始越来越多地应用水辅注塑成型技术。
巴顿菲尔以IKV完成的基础研究和其在气辅注塑技术领域的经验为基础，开发出了组合式水辅注塑成型生产系统。
该生产系统由压力产生器、压力控制模块和控制装置组成。
同时，适应特殊要求的专用注射器组件也被开发出来。
巴顿菲尔拥有经销商标名为“Airmold”（气辅注塑）和“Aquamold”(水辅注塑)的两种产品。
水与氮气的比较优势气辅注塑技术被用于生产杆型部件时能够减轻部件重量与周期时间。
气辅注塑也有助于大幅降低或者完全消除平面塑件的壁厚区域、变形和皱缩痕迹，从而提高塑件质量。
水的导热率约为氮气的40倍，热容量是氮气的4倍。
除了普通模具冷却以外，注水会引起塑件的“内部冷却”，与气体相比，冷却时间缩短达70%，塑件达到所需脱模温度要快很多。
同时，水也是一种不可压缩和价廉的介质。
用水来代替氮气将使模腔内表面质量更好。
除了可以加工更大的部件以外，水辅注塑形成更均匀的壁厚，降低了残余壁厚。
水辅注塑与气辅注塑可以被用于不同的工艺方法中。
他们在机器的使用方面并无不同，但在模具设计与工艺控制上有所区别。
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水辅助注射成型技术的发展及应用鲁贵祥(郑州大学力学与工程科学学院，河南郑州，450001)摘要：介绍了水辅助注射成型技术的发展过程、原理及研究现状。
并对水辅助注射成型技术的仿真研究和实验研究进行简单的总结。
最后，对水辅助注射成型技术的难点、不足及研究方向进行了展望。
关键词：水辅助，仿真，实验，原理0 引言塑料加工技术先后依次经历了注射成型、注射压缩成型、气体辅助注射成型和液体辅助注射成型，其中前三种技术已经发展的相当的成熟。
液体辅助注射成型技术是最近几年新型的技术，其中液体大多数情况下是指的水，因此也叫水辅助注射成型。
水辅助注射成型概念的提出可以追溯到上世纪70年代，但由于当时的技术条件达不到水辅助注射成型所需的技术条件而转为发展气体辅助注射成型，气体辅助注射成型在发达国家的塑料制品生产的技术已经非常的成熟，但是由于气体在注射成型的过程中经常会出现穿透熔体和发泡现象，且经常会造成制品表面有收缩痕迹及内表面粗糙等缺点，而且气体辅助注射成型技术的成型周期长，而且气体的储存和高压设备及其昂贵，使得生产成本较高，生产效率较低。
近年来随着技术的逐渐进步，原先水辅助注射成型所需的技术条件完全能达到，因此水辅助注射成型技术又重新获得了重视。
水辅助注射成型技术具有生产周期短、注射压力低、制品的翘曲变形小、表面质量好以及容易加工壁厚差异较大的制品等优点。
1 水辅助注射成型技术1.1 水辅助注射成型技术原理水辅助注射成型技术是利用增压器或空气压缩机产生高压水，经过喷嘴将高压水注射到已预先部分填充熔体的型腔内，利用水的压力将熔体前推充满型腔，水辅助注射成型过程可以分为三个阶段：聚合物的部分填充、注入水及水的保压和冷却。
1.2 水辅助注射成型技术的成型方法与气体辅助注射成型过程类似，水辅助注射成型过程有4中方法：1）短射法、2）返流法、3）溢流法、4）流动法（1）短射法：其工艺过程是先将塑料熔体部分注入型腔内，其次是水的注入，然后再注入剩余的熔体，推动塑料熔体到达型腔的末端并进行保压，通过各种阀门的控制注射的熔体和注射的水的流动。
排水阀打开使水可以排出制品之外。
这种方法被认为是制造较厚零件的最好方法，此法没有废料，水的入口和出口可以是一个口。
但是缺点是要求必须精确控制：如先期注入的熔体太少，可能会导致水冲破熔体进入磨具型腔；水的注射压力必须比熔体的注射压力大，这样才能把熔体推到型腔的末端；熔体注射和水的注射的阀门会在制品上留下痕迹，难以得到优质的表面，而且熔体在最后容易形成一个可能延长成型周期的较厚截面。
（2）返流法：首先将熔体完全充满型腔，其次打开设在熔体流动末端的注水孔，水把那些过多的熔体排挤回注射机料筒的头部空间，这种方法的优点是没有废料，能得到优质的的表面。
但是缺点是需要一个特别的喷嘴和一个止水环，用来调节返回的材料进入注射单元且不允许水穿透到注射机料斗的前端。
同时返流回来的熔体与注射料筒原有的熔体存在温度和压力的差异，这将会影响下一次注射的制品质量。
该方法需要独立的空气和水传送系统。
（3）溢流法：首先模具的型腔被熔体完全充满并有一个阀门封闭。
然后一个独立的注水孔开启，同时在型腔末端的阀门开启，从而开设一条由主型腔到辅助型腔或称为溢流腔的路径。
推进到辅助型腔的熔体被新来的水所取代，溢流腔阀门关闭进行保压。
水通过重力或蒸发被排出。
这种方法同样可以获得优质表面的制品，但是脱模后制品及溢流腔需增加修整、清理与切除多余材料的工序。
（4）流动法：这是短射法与溢流法的结合。
合成时先对模腔进行欠量的熔体注射，然后向模腔内的熔体芯部注入水，水推动熔体向前流动充满模腔，打开模腔端部的控制阀，水流穿透熔体前锋面的固化膜通过型腔末端的控制阀，流回到供水系统回路，这种方法节省原料，同时水从制品芯部流向循环回路，增加冷却速率。
但是制品的出水口处会产生缺陷。
1.3 水辅助注射成型技术仿真研究水在穿透过程中涉及前端流体的流动，大多数数学模型仿真研究是基于Hele-Shaw的基本原理，将聚合物熔体视为广义牛顿流体，考虑七参数的Cross-WLF黏度模型建立起水辅助注射成型充模过程的数学模型。
华东交通大学机电工程学院的匡唐清，周建源，熊国良等人建立了三维薄壁塑件的水辅助注射成型充模过程的数学模型，采用有限元/有限差分/控制体积法求解。
对薄壁平板塑件的水辅助注射成型充模过程进行了模拟，模拟得到的熔体前沿位置与前人实验结果吻合较好，浇口压力的变化、水的厚度分布及平均温度分布合理，验证了所建立的模型和采用的数值模拟方法的有效性。
浙江大学流体传动及控制国家重点实验室和中国船舶重工集团第七〇七研究所九江分部的张增猛，周华，高院安及杨华勇是基于现有气体辅助注射成型充模流动模型、非定常流场数学方程和湍流模型，突破未考虑高雷诺数水相区湍流特性、小尺度薄壁建模、初始化壁厚人为影响以及未考虑熔体前沿喷注效应等局限，建立了水辅助注射成型充模流动的仿真模型。
比较湍流模型，分析了水辅成型多相分层流动界面不稳定现象。
针对主要工艺控制参数进行仿真分析。
1.4 水辅助注射成型技术的研究及应用在技术方面，德国亚琛大学塑料加工中心IKV研发的水辅助注射成型可通过注射活塞、蓄压器或液体泵进行，采用组合式结构，制造费用低，按零件尺寸大小，可连接多达3台的液压泵，水由一台温度可控的水蓄压器供应。
华南理工大学黄汉雄等自主研发了一套水附属注塑设备以及新型喷嘴，病通过实验法研究短射法成型聚丙烯管时，主要工艺参数对制品水穿透长度和沿水道的残余壁厚以及聚合物结晶的影响，获得最佳的工艺参数。
在相同的工艺参数下，分别采用孔型喷嘴和自锁式喷嘴，比较了弯曲圆管制品的参与壁厚及其偏差率。
发现自锁式喷嘴成型壁厚更小，同时壁厚偏差更均匀。
台湾长庚大学Liu Shih-jung等自主研发了一套水辅助注射成型设备，并采用可视化技术，采用正交实验和信噪比分析，研究多种工艺参数对不同聚合物材料水辅助注射成型性能以及制品性能的影响，得到最佳的工艺参数，并与气辅注射成型进行比较。
并且分别使用了材料为PP和PS的变截面圆管，研究了孔型，环形水针和气针对中空率和壁厚偏差率的影响。
发现高压高流率环形水针中空率大，壁厚偏差均匀；低压低流率孔形水针易出现不规则穿透，成型质量较差。
同时还研究了含不同玻璃纤维的PP材料、工艺参数、水道的几何形状和尺寸对指形化大小的影响，并对比了水辅和气辅的指形化现象。
实验发现，水辅助注射成型比气体辅助注射成型指形化缺陷更严重，影响指形化的主要参数有水压、延迟时间和短射量。
通过降低熔体、模具、水的温度和水压，提高延迟时间和熔体注射量，采用具有大的高厚比、半圆形或矩形水道可减少指形化缺陷。
M ichaeli W ater等研究了水辅注射与气辅注射相比的优越性关键技术。
2007年L Mulvaney-johnson等采用集成的超声传感器系统实时观测研究了气辅和水辅注射的充填行为和残余壁厚，预测流体泡前沿流动的速度，并进行；实验验证，结果十分吻合。
近年来这种新型的水辅助注射成型技术倍受人们的广泛关注，其应用范围正在不断的扩大。
从理论上讲，凡是气辅注射能成型的零件也可以用水辅助注射技术加工，但目前水辅助注射只是气体辅助注射的一个有力的补充。
水辅助注射成型主要应用于厚壁中空制品的生产。
目前全球大约有60家公司采用水辅助注射成型技术进行商业化生产，应用范围涉及汽车工业、生活用品、办公用品、运动休闲以及玩具用品等，如汽车工业产品如把手、门柱、扶手、驾驶杆支持架、介质导管等；运动休闲产品如室内曲棍球棒、高尔夫球棒等；办公用品如办公椅的把手和靠手、复印机和打印机的输纸辊等；家用电器产品中的洗衣机和洗碗机的连续热水器、把手等；医疗扩张器以及童车的某些零件等。
到目前为止，有许多的科研单位和公司都致力于该技术的研发和应用，并取得一些研究成果。
从整体上看，欧美发达国家的技术比较先进，而且已经商业化生产，应用范围日益广泛，而我国还处于刚开始的研究阶段，相对比较落后，绝大部分处于试验研究阶段，没有开发自主的商业化设备，还没有相应的商业化应用软件，水辅助注射成型技术在我国的推广应用还受到一定的限制。
2 结束语目前，人们对水辅助注射成型机理、发展行为还没有清晰而完整的认识。
国内外对水辅助注射成型技术的研究以工艺试验为主，数值模拟相对较少。
数值模拟主要集中在充填阶段，而且模拟的准确性有待提高。
成熟的数值模拟软件较为匮乏，这限制了仿真模拟的应用，而饰演研究主要集中在水穿透长度、残余壁厚分布及其均匀性、指形化等方面，制品的内应力及翘曲变形还是实验的盲点。
要成熟的应用水辅助注射成型技术尚有许多问题需要解决，还需要做进一步的研究。
现有的水辅助注射成型数学模拟将水的作用视为等压，忽略了水和熔体之间的热量交换，模拟与实际存在误差，需对模型做进一步的完善；已有的材料并不是所有的都适合于水辅助注射成型技术，需要对材料进行改性，减缓结晶；设备方面也需要进一步的研发；利用计算流体力学方法模拟水针内的流场，优化水针结构；目前的实验研究多停留在假想制品上，未针对实际的产品提出合理的工艺设定，成型工艺稳健优化设计是将来的研究重点。
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