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Nuevos materiales, nuevos diseños - fabricación de válvulas: lo que importa es el material

Las válvulas trabajan en las condiciones más severas: soportan calor, altas presiones, fricción ... y algunas veces sin la suficiente lubricación. Por supuesto, se espera que lo hagan durante mucho tiempo y de manera fiable. Además, en cada nueva generación del motor se deben hacer más ligeras. En resumen: las válvulas tienen un duro trabajo. El reto para los diseñadores es también importante. Los materiales de alta tecnología ofrecen soluciones convincentes y posibilidades para diseños novedosos. Los componentes individuales del sistema de válvulas están sujetos a diferentes influencias. Las válvulas son las que están expuestas a los mayores esfuerzos mecánicos, térmicos y tribológicos. Y como masa en movimiento influyen directamente sobre los esfuerzos mecánicos del sistema y en las pérdidas por fricción. El fundamento de la fabricación de válvulas: Las aleaciones de metales Las válvulas se fabrican con diferentes materiales en función de su uso (válvulas de admisión o de escape, así como para un motor aspirado o con turbo). El material estándar es una aleación de cromo-silicio (X 45 Cr Si 9-3). Para las válvulas de escape expuestas a mayores esfuerzos se utiliza la aleación especial de níquel Nimonic 80A© desarrollada por MAHLE, que es una nueva referencia en aspectos como la maleabilidad, soldabilidad y la resistencia a la temperatura. Micrografía de la aleación especial Nimonic 80A©desarrollada por MAHLE para válvulas de escape expuestas a elevados esfuerzos.

Asiento de válvula MAHLE con endurecido.

¿Mono, bi o hueco?

Los distintos esfuerzos exigen diferentes características y por tanto diseños de las válvulas. Las válvulas monometálicas están formadas por un solo material o aleación, por regla general la aleación de cromo-silicio arriba mencionada o la aleación especial de níquel. Las válvulas bimetálicas están fabricadas, como su nombre indica, con dos tipos diferentes de acero. Por soldadura de fricción se une el vástago con el disco de la válvula. El disco consta de un acero de aleación de alta calidad muy resistente a la temperatura, mientras que el vástago está formado por una acero de diferente aleación que se puede endurecer. La soldadura de fricción une el vástago con el disco de la válvula.

Un diseño innovador es la válvula hueca con propiedades de refrigeración optimizadas: el espacio hueco de la válvula está parcialmente lleno de sodio que se licua a 97,5 °C, y que así transmite mejor la temperatura del disco caliente hacia el vástago.

La válvula hueca: control de la temperatura con sodio líquido.

Protección de estelita Las válvulas expuestas a los esfuerzos más severos se endurecen con un recubrimiento de estelita que las protege de las condiciones adversas, como elevadas temperaturas y corrosión química. Esta capa sobre base de cobaltocromo se aplica por soldadura y luego se mecaniza. Disco de válvula preparado para el endurecido del asiento … y con capa de estelita aplicada por soldadura.

Los diferentes pasos para la fabricación de una válvula bimetálica.

El futuro en el diseño de válvulas: ¿Más ligeras? El futuro de la fabricación de componentes de motor pasa por la reducción de su peso. Las válvulas ofrecen un importante potencial en este sentido: si se reduce su masa, también los componentes de accionamiento, como el árbol de levas y demás piezas, pueden hacerse mucho más ligeros. No obstante, en los aceros convencionales utilizados para las válvulas, esta reducción del peso está limitada por los requisitos de resistencia de los componentes. Los nuevos materiales con una excelente relación entre resistencia y densidad aún se encuentran en fase de ensayo. Por su parte MAHLE, pionera en el desarrollo de componentes para motores, también está investigando un diseño totalmente novedoso: la válvula ligera MAHLE, en la que se unen diferentes piezas conformadas y un extremo de vástago macizo por soldadura de precisión utilizando láser y fricción. Un asunto caliente: Fases de la fabricación de válvulas Por recalado eléctrico se forma un engrosamiento esférico.

Por soldadura de fricción se une el vástago con el disco de la válvula.

Para el endurecimiento de la válvula se la calienta por inducción para luego exponerla a un choque de frío.

Identificación de una válvula MAHLE con láser.

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