氣輔注塑成型作為一項(xiàng)非常成熟的技術(shù)已經(jīng)在塑料加工業(yè)有了多年的應(yīng)用歷史，其中該技術(shù)一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域就是厚壁塑件的生產(chǎn)，例如生產(chǎn)手柄及其類似產(chǎn)品等。板型件或其他具有局部加厚區(qū)的塑件也是氣輔注塑重要的應(yīng)用領(lǐng)域。

    與之相對(duì)應(yīng)的水輔注塑成型技術(shù)卻是一項(xiàng)新技術(shù)，從德國(guó)塑料加工研究所（IKV）公布水輔注塑技術(shù)的初步成果到現(xiàn)在還只有六個(gè)年頭，然而，這種技術(shù)一直快速發(fā)展著。水輔注塑技術(shù)發(fā)明不久，人們便利用該技術(shù)加工出一種超市手推車配件。之后，人們利用水輔注塑成型批量生產(chǎn)的手柄與截面積大的桿形塑件。從實(shí)際生產(chǎn)來看，具有功能空間或流道的塑件開始越來越多地應(yīng)用水輔注塑成型技術(shù)。

    巴頓菲爾以IKV完成的基礎(chǔ)研究和其在氣輔注塑技術(shù)領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，開發(fā)出了組合式水輔注塑成型生產(chǎn)系統(tǒng)。該生產(chǎn)系統(tǒng)由壓力產(chǎn)生器、壓力控制模塊和控制裝置組成。同時(shí)，適應(yīng)要求的專用注射器組件也被開發(fā)出來。巴頓菲爾擁有經(jīng)銷商標(biāo)名為“Airmold”（氣輔注塑）和“Aquamold”(水輔注塑)的兩種產(chǎn)品。

    水與氮?dú)獾谋容^優(yōu)勢(shì)

    氣輔注塑技術(shù)被用于生產(chǎn)桿型部件時(shí)能夠減輕部件重量與周期時(shí)間。氣輔注塑也有助于大幅降低或者消除平面塑件的壁厚區(qū)域、變形和皺縮痕跡，從而提高塑件質(zhì)量。

    水的導(dǎo)熱率約為氮?dú)獾?0倍，熱容量是氮?dú)獾?倍。除了普通模具冷卻以外，注水會(huì)引起塑件的“內(nèi)部冷卻”，與氣體相比，冷卻時(shí)間縮短達(dá)70%，塑件達(dá)到所需脫模溫度要快很多。同時(shí)，水也是一種不可壓縮和價(jià)廉的介質(zhì)。

    用水來代替氮?dú)鈱⑹鼓Ｇ粌?nèi)表面質(zhì)量更好。除了可以加工更大的部件以外，水輔注塑形成更均勻的壁厚，降低了殘余壁厚。

    水輔注塑與氣輔注塑可以被用于不同的工藝方法中。他們?cè)跈C(jī)器的使用方面并無不同，但在模具設(shè)計(jì)與工藝控制上有所區(qū)別。水輔注塑是類似氣輔注塑的兩步過程：首先模腔部分地被熔體填充；在第二步中，注射水形成空腔。

    水輔注塑設(shè)備的特點(diǎn)

    水輔注塑設(shè)備的設(shè)計(jì)必須滿足與氣輔注塑相近的條件。這是因?yàn)槎鄶?shù)工藝技術(shù)是以氣輔注塑為基礎(chǔ)。但是，水輔注塑也有其自身的特點(diǎn)。從塑件上看，除排水與排除氮?dú)庀啾雀鼮閺?fù)雜，需要通過重力以及通入壓縮氣體完成塑件的“排水”。為了防止腐蝕，水一定不能與模具表面接觸。

    水輔注塑需要的注水能力壁厚分布均勻以及高的表面質(zhì)量。為此，巴頓菲爾開發(fā)出了合適的壓力控制模式。供水裝置在的流速下運(yùn)轉(zhuǎn)，可以達(dá)到350bar的壓力。為了把水注入到熔體中，必須利用截面積比氣輔注塑大的注射組件，這對(duì)于水以足夠速度滲透到熔體中是必不可少的。

    巴頓菲爾的水輔注塑壓力生成裝置被設(shè)計(jì)成獨(dú)立式裝置，能同時(shí)向多臺(tái)注塑機(jī)提供壓力。通過UnilogB4移動(dòng)控制裝置對(duì)水壓調(diào)控組件進(jìn)行控制，一般來說，它們也可以被用在其他制造商出品的機(jī)器上。

    氣輔與水輔的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

    為了對(duì)塑件的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)做出正確決策，巴頓菲爾與科隆理工大學(xué)合作，利用實(shí)驗(yàn)性模具比較了以下5種工藝：

    傳統(tǒng)注塑

    短射出氣輔注塑

    全射出氣輔注塑

    短射出水輔注塑

    全射出水輔注塑

    為了獲得有意義的結(jié)果，有必要利用在工藝中都采易于處理的材料。然而，原材料制造商剛剛開始優(yōu)化水輔注塑用材料。當(dāng)由水輔注塑進(jìn)行塑料加工時(shí)，一些材料易于形成泡沫、縮孔或側(cè)槽。另外，還有一些材料會(huì)因?yàn)樗脑蛞痖_裂、起泡與不可復(fù)制的性能。在一些玻纖填充材料中，玻纖可能會(huì)被洗掉，導(dǎo)致粗糙的內(nèi)表面。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇了以下三種材料：

    拜耳的PA66DurethanBKV30GH

    杜邦的PBTCrastinT803

    帝斯曼的PP。

    塑件是在巴頓菲爾TM4500/2800UnilogB4注塑機(jī)上進(jìn)行加工的。該塑機(jī)鎖模力為4500kN，裝備有用于氣輔與水輔注塑模式的界面。水輔注塑模具一般比氣輔模具要貴，其原因是制造模具所用的鋼材不同。水輔注塑模具所用的鋼材質(zhì)量更高（堅(jiān)固的鍍鎳層或氮化鈦涂層對(duì)于保護(hù)水輔注塑模具不受腐蝕是必不可少的）。

    實(shí)驗(yàn)假設(shè)操作時(shí)間為每天24h，工作日為300天，系統(tǒng)利用率為90%。折舊期假定為8年。可變成本，例如人工、能源和其他成本（冷卻水、清潔成本等等）包括在這個(gè)計(jì)算當(dāng)中。在水輔注塑中，也包括水的成本。氮?dú)庑纬沙杀颈豢紤]到采購(gòu)與能源成本中。氣輔與水輔注塑的采購(gòu)成本比實(shí)心塑件的注塑要高出10萬至14.5萬歐元。

    在短射出工藝中，氣輔注塑的采購(gòu)成本比水輔注塑要低出一大截，這意味著氣輔注塑工藝的臨界生產(chǎn)量比水輔注塑工藝的臨界生產(chǎn)量要低5000±500單位。在時(shí)期，例如對(duì)于聚酰胺材料的測(cè)試部件，氣輔注塑的臨界生產(chǎn)量是38206單位，水輔注塑是43203單位。計(jì)算以各種材料的系列測(cè)試中獲得的部件重量和周期時(shí)間為基礎(chǔ)。聚酰胺塑件作為實(shí)心注塑件的重量為224g，氣輔注塑件為114g，而水輔注塑件僅為104g。

    臨界塑件數(shù)量取決于工藝與材料

    在對(duì)氣輔與水輔注塑的直接比較中，在少于65000的生產(chǎn)量之后，短射出水輔注塑為PA測(cè)試塑件帶來了贏利。在這個(gè)過程中，材料價(jià)格對(duì)臨界生產(chǎn)的絕對(duì)數(shù)量起著重要作用。對(duì)于被測(cè)材料中便宜的PP來說，水輔注塑與實(shí)心塑件注塑的臨界生產(chǎn)量為75000。

    在全射出工藝中，成本情況是不同的。對(duì)于三種材料來說，水輔注塑所制塑件的生產(chǎn)成本在氣輔注塑件的成本之下。主要原因之一是利用全射出氣輔注塑需要許可證費(fèi)用。因生產(chǎn)能力較高，水輔注塑的可變成本比氣輔注塑要低。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，全射出工藝的臨界生產(chǎn)量比短射出工藝的臨界生產(chǎn)量要高得多。高采購(gòu)成本意味著材料價(jià)格對(duì)塑件成本的貢獻(xiàn)意義不大。

    水輔注塑技術(shù)是對(duì)氣輔注塑技術(shù)的理想補(bǔ)充。水輔注塑的優(yōu)勢(shì)包括殘余壁厚的分布更好、更均勻，冷卻時(shí)間縮短等。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，水輔注塑工藝比氣輔注塑更便宜，因?yàn)樗簧婕暗皆S可證費(fèi)用。如果利用了短射出工藝，更為經(jīng)濟(jì)的工藝就由生產(chǎn)量和材料所決定。當(dāng)然，要充分利用這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，必須收集加工影響因素的更多信息。針對(duì)水輔注塑的要求，原材料制造商也要對(duì)他們的產(chǎn)品等級(jí)進(jìn)行調(diào)整。