ES2337302T3 - Procedimiento para la produccion de una parte constructiva de valvula hueca para motores de combustion o turbinas, y parte constructiva de valvula hueca producida segun el mismo. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la producción de una parte constructiva de válvula hueca para motores de combustión o turbinas, en el que: a).- en una máquina de amasar se mezclan metal en polvo y/o aleación de metales en polvo junto con un agente ligante y eventualmente un material de relleno; b).- mediante colada por inyección se introduce la mezcla en un molde; c).- se desliga químicamente la masa moldeada; d).- la masa, químicamente desligada, se desliga térmicamente a una temperatura inferior a 450ºC; e).- la masa, químicamente y térmicamente desligada, se sinteriza a una temperatura inferior a la temperatura de fusión del metal y/o de la aleación de metales, para la producción de la parte constructiva.
Description
Procedimiento para la producción de una parte
constructiva de válvula hueca para motores de combustión o turbinas,
y parte constructiva de válvula hueca producida según el mismo.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la producción de partes constructivas
(componentes) para motores de combustión o turbinas, en especial
para la producción de partes constructivas de válvulas huecas.
De los motores de combustión se esperan hoy en
día grandes potencias y un reducido consumo de combustible. Las
válvulas para el intercambio de gases, como se utilizan en motores
de combustión, deben hacer frente a temperaturas de servicio y
solicitaciones mecánicas, muy elevadas. Los platos (discos) de las
válvulas de admisión, que en cada ciclo o tiempo de aspiración son
rodeadas y refrigeradas por flujos de gases frescos fríos, alcanzan
temperaturas superiores a 500ºC. Las válvulas de escape alcanzan
temperaturas superiores a 800ºC.
Dado que en el caso de las válvulas se trata de
partes constructivas móviles, la potencia necesaria para su
accionamiento crece exponencialmente con el peso de las masas en
oscilación, es decir de las válvulas. De ello se desprende el
requerimiento de continuar con la optimización de las válvulas en lo
que a su peso se refiere, sin penalizar su resistencia mecánica y
térmica.
Las válvulas huecas con un vástago o fuste, un
macho de válvula y un plato de válvula, en las que el macho de
válvula y el plato de válvula forman conjuntamente un espacio hueco,
son conocidas, por ejemplo del documento DE 198 04 053 A1. Conforme
al estado actual de la técnica, tales válvulas huecas, o partes de
válvulas huecas, se forman sea mediante prensas de extrusión en
caliente sea mediante recalcado y forjado. A tal efecto, para el
macho de válvula y plato de válvula se emplean predominantemente
aceros resistentes a las altas temperaturas como los materiales Nºs
1.4882 (X 50 CrMnNiNbN 21 9), 1.4871 (X 53 CrMnNiN 21 9) o 2.4955
(NiFe 25 Cr 20 NbTi). Debido a la elevada reactividad del titanio
frente al oxígeno, nitrógeno y carbono y la fragilización del
material, asociada con dicha reactividad, para obtener partes
constructivas de válvulas huecas mediante los procedimientos
mencionados no es posible incorporar otros materiales, en especial
materiales para construcciones livianas basados en titanio en forma
de polvo, por lo menos de manera económica.
Por ello el objetivo de la invención consiste en
poner a disposición un procedimiento para la producción de partes
constructivas de válvulas huecas como machos de válvula o platos de
válvula, con el que sea posible elaborar de manera económica
también otros materiales.
El objetivo se logra mediante un procedimiento
para la producción de partes constructivas de válvulas huecas para
motores de combustión o turbinas, en el que:
a).- en una máquina de amasar se mezclan metal
en polvo y/o aleación de metales en polvo junto con un agente
ligante y eventualmente un material de relleno;
b).- mediante colada por inyección se introduce
la mezcla en un molde;
c).- se desliga químicamente la masa
moldeada;
d).- la masa, químicamente desligada, se desliga
térmicamente a una temperatura inferior a 450ºC;
e).- la masa, químicamente y térmicamente
desligada, se sinteriza a una temperatura inferior a la temperatura
de fusión del metal y/o de la aleación de metales, para la
producción de la parte constructiva.
La invención se refiere también a las partes
constructivas de válvulas huecas producidas mediante este
procedimiento.
Mediante el procedimiento conforme a la
invención es posible trabajar de manera económica, además de los
aceros o aleaciones basadas en níquel
martensíticos-ferríticos y austeníticos, también y
en especial materiales basados en titanio de manera de obtener
partes constructivas de válvulas huecas, con lo que es posible
lograr una mayor reducción del peso con respecto a las válvulas
huecas conocidas. Se prefiere el empleo de aleaciones de titanio
que contengan aluminio y/o vanadio como componentes adicionales. En
cada caso es preferible que estos componentes de aleación
adicionales se encuentren contenidos en una cantidad de 2 a 10% en
peso referido al peso total de la aleación.
El agente ligante se elige preferentemente del
grupo consistente en: poliamidas, polioximetileno, policarbonato,
estireno-acrilonitrilo copolimerizados, poliimida,
ceras y aceites naturales, duroplastos, cianatos, polipropileno,
poliacetato, polietileno, etileno-acetato de
etileno, alcohol polivinílico, cloruro de polivinilo, poliestireno,
polimetilmetacrilato, anilinas, aceites minerales, agua, agar,
glicerina, polivinilbutirilo, polibutilmetacrilato, celulosa, ácido
oleico, ftalatos, ceras de parafina, cera de carnauba, poliacrilato
de amonio, estearato y oleato de diglicéridos, monoestearato de
glicerilo, titanato de isopropilo, estearato de litio,
monoglicéridos, formaldehido, fosfato de ácido octílico, sulfonatos
de olefina, ésteres de fosfato, ácido esteárico, y mezclas de los
mismos. Es preferible que la proporción volumétrica del agente
ligante sea inferior a 60%; es más preferible que se encuentre en
el intervalo de 20 a 50%.
Es preferible que el mezclado en la máquina
amasadora tenga lugar a una temperatura de 50 a 250ºC, de manera
especialmente preferida, de 90 a 150ºC.
También es preferible que para la colada por
inyección la mezcla tenga una temperatura de 90 a 150ºC,
preferentemente bajo una presión de 400 a 800 bar.
Es preferible que el desligado químico tenga
lugar en un baño de parafina, preferentemente en un baño de hexano.
En este caso, el desligado químico tiene preferentemente lugar a una
temperatura de de 10 a 65ºC, más preferentemente de 30 a 50ºC.
El desligado térmico tiene lugar a una
temperatura inferior a 450ºC, preferentemente de 200 a 350ºC, y
preferentemente al vacío bajo una presión de preferentemente 2 a 20
mbar.
La sinterización tiene preferentemente lugar a
una temperatura del 80 a 90% de la temperatura de fusión del metal
o bien de la aleación de metales, y preferentemente bajo una
atmósfera de gas protector. Es preferible que el gas protector sea
argón. Como alternativa, la sinterización también puede realizarse
bajo vacío. En este caso es preferible que la presión sea de
10^{-3} a 10^{-5} mbar.
Las partes constructivas de válvulas huecas,
producidas de esta manera, pueden unirse entre si de manera
convencional mediante procedimientos de ensamble basados en la
continuidad de las superficies de contacto y en la continuidad en
la transmisión de las fuerzas, así como mediante procedimientos de
ensamble de fusión líquida. Por ejemplo, es posible ensamblar
platos de válvula con machos de válvula mediante una unión de
retracción. Los machos de válvula pueden unirse a los vástagos o
fustes de válvula mediante un procedimiento de ensamble por fusión
líquida.
Mediante el procedimiento arriba descrito se
elaboró una aleación de titanio con 6% en peso de aluminio y 4% en
peso de vanadio, de manera de obtener un plato de válvula y un macho
de válvula. El macho de válvula y el plato de válvula se
ensamblaron entre sí mediante una unión de retracción.
La Figura 1 muestra una representación del plato
de válvula y del macho de válvula, ensamblados, en vista superior y
en corte a lo largo de la línea A-A.
La Figura 2 muestra una parte constructiva de
válvula hueca conforme a la forma de realización preferida como
parte constructiva entera (a la derecha) y recortada (a la
izquierda).
Claims (22)
1. Procedimiento para la producción de una parte
constructiva de válvula hueca para motores de combustión o
turbinas, en el que:
a).- en una máquina de amasar se mezclan metal
en polvo y/o aleación de metales en polvo junto con un agente
ligante y eventualmente un material de relleno;
b).- mediante colada por inyección se introduce
la mezcla en un molde;
c).- se desliga químicamente la masa
moldeada;
d).- la masa, químicamente desligada, se desliga
térmicamente a una temperatura inferior a 450ºC;
e).- la masa, químicamente y térmicamente
desligada, se sinteriza a una temperatura inferior a la temperatura
de fusión del metal y/o de la aleación de metales, para la
producción de la parte constructiva.
2. Procedimiento conforme a la reivindicación 1,
en el que la parte constructiva de válvula hueca es un macho de
válvula.
3. Procedimiento conforme a la reivindicación 1,
en el que la parte constructiva de válvula hueca es un plato de
válvula.
4. Procedimiento conforme a una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque como aleación de
metales en polvo se emplea una aleación de titanio.
5. Procedimiento conforme a la reivindicación 4,
caracterizado porque la aleación de titanio contiene aluminio
y/o vanadio como componentes adicionales.
6. Procedimiento conforme a la reivindicación 5,
caracterizado porque la aleación de titanio contiene 2 a 10%
en peso de aluminio y/o 2 a 10% en peso de vanadio, referidos al
peso total de la aleación.
7. Procedimiento conforme a una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el agente
ligante se elige del grupo consistente en: poliamidas,
polioximetileno, policarbonato,
estireno-acrilonitrilo copolimerizados, poliimida,
ceras y aceites naturales, duroplastos, cianatos, polipropileno,
poliacetato, polietileno, etileno-acetato de
etileno, alcohol polivinílico, cloruro de polivinilo, poliestireno,
polimetilmetacrilato, anilinas, aceites minerales, agua, agar,
glicerina, polivinilbutirilo, polibutilmetacrilato, celulosa, ácido
oleico, ftalatos, ceras de parafina, cera de carnauba, poliacrilato
de amonio, estearato y oleato de diglicéridos, monoestearato de
glicerilo, titanato de isopropilo, estearato de litio,
monoglicéridos, formaldehido, fosfato de ácido octílico, sulfonatos
de olefina, ésteres de fosfato, ácido esteárico, y mezclas de los
mismos.
8. Procedimiento conforme a una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
proporción volumétrica del agente ligante en la mezcla es inferior
a 60%.
9. Procedimiento conforme a la reivindicación 8,
caracterizado porque la proporción volumétrica del agente
ligante en la mezcla es de 20 a 50%.
10. Procedimiento conforme a una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
mezclado en la máquina de amasar tiene lugar a una temperatura de
50 a 250ºC.
11. Procedimiento conforme a una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque durante la
colada de fusión la mezcla tiene una temperatura de 90 a 150ºC.
12. Procedimiento conforme a una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la colada
por inyección tiene lugar a una presión de 400 a 800 bar.
13. Procedimiento conforme a una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
desligado químico tiene lugar en un baño de hexano.
14. Procedimiento conforme a una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
desligado químico tiene lugar a una temperatura de 10 a 65ºC.
15. Procedimiento conforme la reivindicación 14,
caracterizado porque el desligado químico tiene lugar a una
temperatura de 30 a 50ºC.
16. Procedimiento conforme a una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
desligado térmico tiene lugar bajo una presión de 2 a 20 mbar.
17. Procedimiento conforme a una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
sinterización tiene lugar a una temperatura del 80 a 90% de la
temperatura de fusión del metal o bien de la aleación de
metales.
18. Procedimiento conforme a una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
sinterización tiene lugar bajo una atmósfera de gas protector.
19. Procedimiento conforme a la reivindicación
18, caracterizado porque el gas protector es argón.
20. Procedimiento conforme a una de las
reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque la
sinterización se realiza bajo vacío.
21. Parte constructiva de válvula hueca,
producido mediante un procedimiento conforme a una de las
reivindicaciones 1 a 20, caracterizado porque consiste en
una aleación basada en titanio.
22. Parte constructiva de válvula hueca conforme
a la reivindicación 21, caracterizado porque además de
titanio la aleación basada en titanio contiene 2 a 10% en peso de
aluminio y/o 2 a 10% en peso de vanadio.
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