Influence of induction heating of injection molds on reliability of electrical connectors

• Autorzy: Mrozek Krzysztof , Muszyński Paweł , Poszwa Przemysław

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2020.4.11

Warianty tytułu

PL

Wpływ nagrzewania indukcyjnego form wtryskowych na niezawodność złączy elektrycznych

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Continuous increase in demand for electricity causes that electrotechnical industry is relentlessly under pressure of technological development. It is necessary to reduce costs while increasing a reliability of manufactured products. Common miniaturization of products mounted in land vehicles, vessels and airplanes along with limitation of their weight requires the use of innovative production methods. This publication presents the problem of exploitation related with reliable assembly and disassembly of rail-mounted electrical connectors. In order to improve the reliability of injected electrical connector housings, the authors proposed the selective induction heating technology as a heating method of injection mould. To reveal the origin of the problem, in case of this work, the simulation studies of filling the mould cavity were carried out. They show an incorrect localization of polymer streams weld line. Then the results of the simulation and induction heating experiment are presented. They were necessary for the proper design and make of the injection mould. In the final stage, the experimental tests of the manufactured housings assembly and disassembly were performed in conditions corresponding to the actual conditions. The obtained results show, that selective induction heating technology has significantly improved the reliability of rail-mounted electrical connector housings.

PL

Ciągłe zwiększanie popytu na energię elektryczną powoduje, że przemysł elektrotechniczny znajduje się pod nieustanną presją rozwoju technologicznego. Konieczne jest ograniczanie kosztów przy równoczesnym zwiększaniu niezawodności produkowanych wyrobów. Powszechna miniaturyzacja oraz ograniczanie masy wyrobów montowanych w pojazdach lądowych, statkach i samolotach wymaga stosowania innowacyjnych metod produkcyjnych. W ramach publikacji przedstawiono problem eksploatacji złącz elektrycznych montowanych na szynach w zakresie niezawodności ich montażu i demontażu. Autorzy zaproponowali technologię selektywnego nagrzewania indukcyjnego formy wtryskowej do produkcji obudów złącz elektrycznych w celu poprawy ich niezawodności. Aby ujawnić genezę problemu, w ramach pracy przeprowadzono badania symulacyjne wypełniania formy wskazujące na niewłaściwą lokalizację linii łączenia płynących strug tworzywa. Następnie przedstawiono wyniki symulacji i eksperymentu nagrzewania indukcyjnego, które były niezbędne do właściwego zaprojektowania i wykonania formy wtryskowej. W końcowym etapie wykonano badania eksperymentalne montażu i demontażu wyprodukowanych obudów w warunkach odpowiadających rzeczywistym. Uzyskane wyniki pokazały, że selektywne nagrzewanie indukcyjne w znaczącym stopniu wpłynęło na poprawę niezawodności obudów złączy elektrotechnicznych montowanych na szynach.

Słowa kluczowe

EN

injection mold; induction heating; reliability of moldings; maintenance of moldings; electrical connectors

PL

forma wtryskowa; nagrzewanie indukcyjne; eksploatacja wyprasek; niezawodność wyprasek; złącze elektryczne

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 22, no. 4
• Strony: 676--683
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Mrozek Krzysztof

• Faculty of Mechanical Engineering, Poznan University of Technology, Marii Skłodowskiej-Curie 5, 60-965 Poznań, Poland

autor

Muszyński Paweł

• Faculty of Mechanical Engineering, Poznan University of Technology, Marii Skłodowskiej-Curie 5, 60-965 Poznań, Poland

autor

Poszwa Przemysław

• Faculty of Mechanical Engineering, Poznan University of Technology, Marii Skłodowskiej-Curie 5, 60-965 Poznań, Poland

Bibliografia

• 1. Białasz S, Klepka T. Simulation of the medical syringe injection moulding process. MATEC Web of Conferences 2019; 252, https://doi.org/10.1051/matecconf/201925205016.
• 2. Bociąga E. Wpływ temperatury formy wtryskowej i prędkości wtryskiwania na wybrane właściwości wyprasek polietylenowych. Polimery 2000; 11-12(45): 830-836, https://doi.org/10.14314/polimery.2000.830.
• 3. Bociąga E, Kaptacz S, Duda P, Rudawska A. The influence of the type of polypropylene and the length of the flow path on the structure and properties of injection molded parts with the weld lines. Polymer Engineering and Science 2019; 59(8): 1710-1718, https://doi.org/10.1002/pen.25170.
• 4. Bociąga E, Skoneczny W. Characteristics of injection molded parts with the areas of weld lines. Polimery 2020; 65(5): 337-345, https://doi.org/10.14314/polimery.2020.5.1.
• 5. Chang P C, Sheng J H. Simulation of infrared rapid surface heating for injection molding. International Journal of Heat and Mass Transfer 2006; 49: 3846-3854, https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2006.04.014.
• 6. Chen S C, Jong W R, Chang J A. Dynamic mold surface temperature control using induction heating and its effects on the surface appearance of weld line. Journal of Applied Polymer Science 2006; 101: 1174-1180, https://doi.org/10.1002/app.24070.
• 7. Chen S C, Jong W R, Chang Y J, Chang J A, Cin J C. Rapid mold temperature variation for assisting the micro injection of high aspect ratio micro-feature parts using induction heating technology. Journal of Micromechanics and Microengineering 2006; 16(9): 1783-1791, https://doi.org/10.1088/0960-1317/16/9/005.
• 8. Chen S C, Lin Y W, Chien R D, Li H M. Variable mold temperature to improve surface quality of microcellular injection molded parts using induction heating technology. Advances in Polymer Technology 2008; 27(4): 224-232, https://doi.org/10.1002/adv.20133.
• 9. Chen S C, Minh P S, Chang J A, Huang S W, Huang C H. Mold temperature control using high-frequency proximity effect induced heating. International Communications in Heat and Mass Transfer 2011; 39(2): 216-223, https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2011.11.006.
• 10. Claudel D, Gelin J C, Sahli M, Barriere T. Method to identify rheological constitutive model adapted for powder injection moulding process using inverse method. Computer Methods In Materials Science 2015; 15(1): 1-6.
• 11. Czyżewski P, Sykutera D, Bieliński M, Troszyński A. The impact of laser radiation on polypropylene molded pieces depending on their surface conditions. Polymers 2019; 11(10), https://doi.org/10.3390/polym11101660.
• 12. Eom H, Park K. Fully-coupled numerical analysis of high-frequency induction heating for thin-wall injection molding. Polymer-Plastics Technology and Engineering 2009; 48(10): 1070-1077, https://doi.org/10.1080/03602550903092484.
• 13. Feng J, Yang W, Zhang R Y, Wu J J, Wang L, Zhang C L, Yang M B. Effect of viscosity ratio on the crystalline morphologies and mechanical property of multi-melt multi-injection molded parts. Polymer-Plastics Technology and Engineering 2014; 53: 1272-1282, https://doi.org/10.1080/03602559.2014.909461.
• 14. Huang C T, Hsien I S, Tsai C H, Chiou Y C, Tang C C. The effects of various variotherm processes and their mechanisms on injection molding. International Polymer Processing 2011; 26(3): 265-274, https://doi.org/10.3139/217.2436.
• 15. Liparoti S, Sorrentino A, Titomanlio G. Temperature and pressure evolution in fast heat cycle injection molding, Materials and Manufacturing Processes 2019; 34(4): 422-430, https://doi.org/10.1080/10426914.2018.1512120.
• 16. Liu X H. Rigid plastic fem and its application in rolling. Metallurgy Industry Press 1994: 300-324.
• 17. Mrozek K, Chen S C. Selective induction heating to eliminate the fundamental defects of thin-walled moldings used in the electrical industry. Journal of Applied Polymer Science 2017; 134(26), https://doi.org/10.1002/app.44992.
• 18. Mrozek K. Simulation study of induction heating of multi-metallic injection moulds.International Journal of Simulation Modelling 2018; 17(2): 220-230, https://doi.org/10.2507/IJSIMM17(2)415.
• 19. Mrozek K, Poszwa P, Muszyński P. Numerical study on the influence of Rapid Temperature Cycling (RTC) on polymer flow at maximum injection pressure. Numerical Heat Transfer, Part A: Applications 2020; 77(9): 821-839, https://doi.org/10.1080/10407782.2020.1724007.
• 20. Poszwa P, Szostak M, Influence of scale deposition on maintenance of injection molds. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability 2018; 20(1): 39-45, https://doi.org/10.17531/ein.2018.1.6.
• 21. Rapoport E, Pleshivtseva Y, Optimal control of induction heating process. New York: first ed. CRC Press 2006; 4-7, https://doi.org/10.1201/9781420019490.
• 22. Shih S Y, Nian S C, Huang M S. Comparison between single- and multiple-zone induction heating of largely curved mold surfaces. International Communications in Heat and Mass Transfer 2019; 75: 24-35, https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2016.03.020.
• 23. Shih S Y, Nian S C, Huang M S, Huang R C, Chen C H. Nonplanar mold surface heating using external inductive coil and magnetic shielding materials. International Communications in Heat and Mass Transfer 2016; 71 44-55, https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2015.12.018.
• 24. Soltani M, Kulkarni R, Scheinost T, Groezinger T, Zimmermann A. A novel approach for reliability investigation of leds on molded interconnect devices based on fe-analysis coupled to injection molding simulation. IEEE Access 2019; 7: 56163-56173, https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2913786.
• 25. Sun B, Li Y, Wang Z, Li Z, Xia Q, Ren Y, Feng Q, Yang D, Qian C. Physics-of-failure and computer-aided simulation fusion approach with a software system for electronics reliability analysis. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability 2020; 22 (2): 340-351,https://doi.org/10.17531/ein.2020.2.17.
• 26. Sykutera D, Wajer Ł, Kościuszko A, Szewczykowski P P, Czyżewski P. The influence of processing conditions on the polypropylene apparent viscosity measured directly in the mold cavity. Macromolecular Symposia 2018; 378(1), https://doi.org/10.1002/masy.201700056.
• 27. Szostak M, Krzywdzińska P, Barczewski M. Technologie MuCell® i InduMold w produkcji wysokiej jakości detali samochodowych z tworzyw polimerowych. Polimery 2018; 63(2): 145-152, https://doi.org/10.14314/polimery.2018.2.8.
• 28. Wang ZB, Shang S, Wang JW, Huang ZL, Sai F. Accelerated storage degradation testing and failure mechanisms of aerospace electromagnetic relay. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability 2017; 19 (4): 530-541, https://doi.org/10.17531/ein.2017.4.6.
• 29. Wang G L, Zhao G Q, Li H P, Guang Y J. Research on a new variotherm injection molding technology and its application on the molding of a large lcd panel. Polymer-Plastics Technology and Engineering 2009; 48(7): 671-681, https://doi.org/10.1080/03602550902824549.
• 30. Wymysłowski A, Jankowski K. Strength analysis of solder joints used in microelectronics packaging. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability 2020; 22 (2): 297-305, https://doi.org/10.17531/ein.2020.2.12.
• 31. Xie L, Ziegmann G. Influence of processing parameters on micro injection molded weld line mechanical properties of PP (Polypropylene). Microsystem Technology 2009; 15: 1427- 1435, https://doi.org/10.1007/s00542-009-0904-4.
• 32. Yottha S, Turng L S. Microcellular injection molding of recycled poly(ethylene terephthalate) blends with chain extenders and nanoclay. Journal of Polymer Engineering 2014; 34(1): 5-13, https://doi.org/10.1515/polyeng-2013-0143.
• 33. Zamani N, Kaufmann R, Kosinski P, Skauge A. Mechanisms of non-newtonian polymer flow through porous media using a Navier-Stokes approach. Journal of Dispersion Science and Technology 2015; 36(3): 310-325, https://doi.org/10.1080/01932691.2014.896221.
• 34. Zhu H, Kim Y D, De Kee D. Non-Newtonian fluids with a yield stress. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics 2005; 129: 177-181, https://doi.org/10.1016/j.jnnfm.2005.06.001.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).