Processos de Fabricação - bb.cruzeirodosulvirtual.com.br · • Importância dos Materiais; •...

Processos de Fabricação

Material Teórico

Responsável pelo Conteúdo:Prof.a Me. Luciana Borin de Oliveira

Revisão Técnica:Prof. Me. Maick Roberto Lopes

Revisão Textual:Prof.a Esp. Márcia Ota


• Importância dos Materiais;

• Histórico dos Materiais;

• Classificação dos Materiais;

• Características dos Materiais;

• Mudanças na Utilização dos Materiais;

• Processos.

O objetivo desta unidade é conhecer as definições envolvidas em Processos de Fabricação:

· materiais;

· características;

· métodos de escolha.

OBJETIVO DE APRENDIZADO

Caro(a) aluno(a),

Leia, atentamente, o conteúdo desta unidade, que permitirá a você conhecer as aplicações iniciais de Processos de Fabricação.

Você, também, encontrará nesta unidade uma atividade, composta por questões de múltipla escolha relacionadas com o conteúdo estudado. Além disso, terá a oportunidade de trocar conhecimentos e debater questões no fórum de discussão.

É extremamente importante que você consulte os materiais complementares, pois são ricos em informações que possibilitarão o aprofundamento de seus estudos sobre este assunto.

ORIENTAÇÕES


UNIDADE Processos de Fabricação

ContextualizaçãoPara iniciar esta Unidade, pede que se leia o exemplo a seguir:

No artigo “A substituição da madeira por peças fabricadas de plásticos reciclados na construção civil de casas populares: um apelo à sustentabilidade”, apresenta-se a temática relacionada à população mundial que vem se preocupando com a gestão de resíduos, buscando um destino ecologicamente correto aos produtos descartáveis que, até então, não eram reutilizados e são altamente danosos ao meio ambiente.

Um desses casos é o dos resíduos plásticos que são os que mais se destacam em impactar negativamente a natureza. Um setor que pode contribuir na gestão desses resíduos plásticos é o da construção civil, através da captação desse “lixo”, servindo para a geração de produtos capazes de substituir a madeira para o equivalente feito de plástico.

Assim, esse artigo tem como objetivo apresentar algumas inovações sustentáveis patenteadas, para substituir o uso da madeira de lei na construção civil por peças fabricadas de plásticos reciclados que, até então, são descartados no meio ambiente sem nenhuma reutilização. Para alcançar esse objetivo, foi realizada uma pesquisa de natureza aplicada e qualitativa quanto à sua forma.

Além disso, foi necessária a visita em três canteiros de obra, para avaliar a forma de substituição da madeira pela peça de plástico e por fim, foram apresentados alguns testes de resistência necessários para a adoção das inovações. Os resultados alcançados mostraram uma utilização beneficiada dos resíduos plásticos reciclados para a produção de tábuas que podem ser utilizadas para fazer o nivelamento do terreno, forma de concretagem e escoramentos, além do frechal, ripas, anteparos, asnas, linhas e vigas, todos destinados à construção de habitações populares.

Fonte: https://goo.gl/c3uhZr

No artigo estudado, foi visto que cada material poderá atender a uma demanda especificada. Entretanto é fundamental, conhecer a que se destina o material e, principalmente, adequar o material ao seu uso e funcionalidade corretas.

Um outro ponto bastante interessante que foi visto no artigo, refere-se a utilização de materiais que seriam descartados e não teriam nenhuma utilidade, para se usar na construção de casas.

Dentro deste contexto, verificou-se que para cada tipo de material, tem-se um processo de fabricação distinto. Sendo estes processos de fabricação tratados no decorrer desta disciplina.

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Importante!

Para poder entender a dinâmica do tema Processos de Fabricação, é necessário fazer uma viagem de conhecimento pela importância dos materiais e sua evolução ao longo da história.

Figura 1 – FerroFonte: iStock/Getty Images

Figura 2 – CobreFonte: iStock/Getty Images

Figura 3 – PlásticoFonte: iStock/Getty Images

Figura 4 – AçoFonte:iStock/Getty Images

Trocando ideias...

Mais um exemplo de como a evolução do processo de fabricação aliada a evolução da utilização dos mais diversos tipos de materiais estão em nosso dia-a-dia é dado pelo link a seguir: https://goo.gl/5zEf5f

Neste link visualiza-se a a evolução dos volantes de Fórmula 1, bem como os mais diversos tipos de materiais já utlizados em sua fabricação.

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Importância dos MateriaisDiariamente, quase todos os segmentos de nossa vida são influenciados pelos

materiais e suas características.

Como exemplos diretos, podemos indicar:

Figura 5 – AlimentaçãoFonte: iStock/Getty Images

Figura 6 – TransportesFonte: iStock/Getty Images

Figura 7 – Construção CivilFonte: iStock/Getty Images

Figura 8 – MobilidadeFonte: iStock/Getty Images

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O estudo dos materiais envolve duas grandes áreas:

Ciência e Engenharia

A Ciência dos Materiais preocupa-se com a investigação das relações existentes entre as estruturas e as propriedades dos materiais em questão.

A Engenharia de Materiais direciona a aplicação dos materiais, baseando-se nas relações entre estrutura e propriedade.

Nesta lógica, a ciência dos materiais é base para todas as engenharias, pois o desempenho de um dado componente e o processo de fabricação a ser utilizado serão definidos pelo conjunto das propriedades deste material.

Figura 9 – Processos VidrosFonte: iStock/Getty Images

Figura 10 – Processos CobreFonte: iStock/Getty Images

Avaliando o panorama que temos hoje, vemos que o número de materiais aumentou muito e a tendência é que esse número aumente em escalas cada vez maiores pela velocidade das novas descobertas.

Todos os dias, deparamo-nos com notícias como esta:

Cientistas criam novo tipo de plástico reciclável ‘por acidente’Pesquisadores americanos criaram por acidente uma nova variedade de plástico reciclável, segundo um estudo publicado na revista Science.

Esta descoberta poderá ser usada para fazer peças rígidas e gelatinosas e aplicada na fabricação de carros, aviões e eletrônicos mais baratos e menos poluentes. Foi descoberto um novo tipo de plástico ao esquecer de incluir um dos três componentes de uma reação química para produzir um tipo de plástico conhecido. Esta nova variedade de plástico pode ser dissolvida em ácido, o que a reverte a seus componentes originais, que podem ser reutilizados.

Segundo esse artigo, uma peça feita com esse plástico poderá ser facilmente reparada ou reciclada em vez de ser jogada fora quando sofrer algum dano ou terminar sua vida útil permitindo economizar dinheiro, diminuir desperdício e proteção ao meio ambiente. Fica a dica que sempre que um novo polímero é descoberto, novos materiais são desenhados e novos usos são potencializados.

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Maiores informação no link abaixo:http://www.bbc.com/portuguese/noticias/2014/05/140518_plastico_acidente_rb

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A velocidade das novas descobertas é impulsionada por:

· grande aperfeiçoamento dos métodos e equipamentos de extração das matérias-primas na natureza;

· metodologias que permitem a modificação dos recursos naturais; e

· a possibilidade crescente de combinação de dois ou mais materiais, levando à formação de novo material.

Estima-se que existam cem mil tipos de materiais diferentes a serem utilizados, levando em consideração as variantes de tratamentos térmicos e a composição conhecida de cada material.

Qual, então, deve ser o critério de escolha do material e do processo de fabricação a ser utilizado???

Figura 11Fonte: iStock/Getty Images

CRITÉRIOS de escolha:

São três os principais pontos que o engenheiro deve analisar ao escolher um material para dada aplicação:

Primeiro · O engenheiro deve levantar, em condições de operação, se esse material será submetido e identificar quais são as propriedades requeridas para tal aplicação.

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Segundo• O engenheiro deve saber quais serão os tipos de degradação que esse material

sofrerá em serviço.

Terceiro · O engenheiro deve providenciar uma planilha de custos, o impacto econômico do uso deste material no processo e no produto acabado.

Histórico dos MateriaisOs materiais estão intimamente relacionados com o homem e seus nomes

aparecem relacionados às eras da civilização na história, como a Idade da Pedra, a Idade do Bronze e Idade do Ferro.

Figura 12

Os primeiros materiais utilizados pelos seres humanos foram: a pedra, a madeira, as peles e a argila, em pecas de cerâmica, utensílios de caça, vestuário e nas construções.

Classificação dos Materiais Os materiais são classificados de acordo com suas propriedades.

Nessa dinâmica, podemos ter materiais que são:

· excelentes condutores de calor e eletricidade, conformáveis e resistentes;

· isolantes elétricos e térmicos, resistentes à corrosão e alta temperatura, duros e frágeis;

· isolantes térmicos e elétricos, de baixa densidade, baixa resistência ao calor e boa resistência à corrosão;e

· concebidos de forma a evidenciar características desejáveis de dois ou mais materiais.

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De acordo com sua estrutura atômica e química, os materiais podem ser classificados em:

Cerâmicos

Metais Polímeros

E de acordo com sua aplicação, classificam-se em:

Semicondutores

Compósitos Biomateriais

Resumindo:

Classe Componentes Típicos Propriedades e CaracterísticasCerâmicos Compostos por óxidos. Duros e quebradiços, isolantes à eletricidade e ao calor.

Metálicos Combinações de elementos metálicos. Resistentes e dúcteis, condutores elétricos e térmicos.

Polímeros Compostos orgânicos de cadeias longas. Geralmente flexíveis.

Compósitos Dois ou mais materiais. Específicas.

Semicondutores Componentes semelhantes aos cerâmicos. Condutividade térmica intermediária entre condutores e isolantes.

Biomateriais Substância ou combinação de substâncias naturais ou artificiais.

Substituir, aumentar ou tratar sistemas biológicos.

É importante entendermos que nem todos os materiais podem ser utilizados em todas as aplicações.

Voce já se perguntou porque a cerveja não é vendida em garrafas de plástico? Ou porque existem colorações e formatos diferentes de garrafas de cerveja?Os links a seguir irão responder a estas perguntas:https://goo.gl/fo4dPi e https://goo.gl/rV17os

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Vamos Praticar?

Como um exemplo para treinar os conhecimentos, podemos pensar em que material devemos utilizar para um recipiente, tipo copo, que será usado para servir bebida gelada numa festa infantil.

VIDRO CERÂMICA PLÁSTICO

MADEIRA PAPEL METAL

Considerações:

CUSTO DURABILIDADE APARÊNCIA

SEGURANÇA UTILIZAÇÃO

Conclusões:

Qual sua escolha?

Defenda sua opinião com base na classificação e característica do material escolhido.

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Características dos MateriaisPara viabilizar um projeto, é necessário amplo conhecimento das características,

propriedades e comportamentos dos materiais disponíveis para utilização.

Os materiais possuem propriedades que viabilizam seu uso em processos e produtos, tais como: físicas, químicas, térmica, elétrica, ótica e mecânica.

Exemplos de propriedades:

• as físicas como densidade, porosidade e teor de umidade;

• as químicas como alcalinidade, resistência à corrosão;

• as térmicas como condutividade e dilatação;

• as elétricas como condutividade e isolamento;

• as óticas como cor e reação à luz; e

• as mecânicas como tração, cisalhamento, elasticidade, ductibilidade e dureza.

Qual deve ser o procedimento para definir o material, considerando as condições de uso desejadas?

É sempre interessante que, após a escolha dos materiais, pelas características que o mesmo apresenta, seja feito um estudo em laboratório e, se possível, em campo sobre a resposta do material aos esforços que será colocado à prova.

A realização destes ensaios deve obedecer a padrões preestabelecidos para garantir confiabilidade e reprodutibilidade dos dados, entre eles:

• Respeito às NORMAS TÉCNICAS que estabelecem uniformidade de linguagem entre clientes e fornecedores, garantindo que todos reproduzam dados da mesma forma para serem comparados.

• Utilização de MÉTODOS DE ENSAIOS padronizados, garantindo que a metodologia seja sempre a mesma.

• Consulta constante às ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS do material que seriam as primeiras condições a serem observadas para definição dos materiais.

Importante destacar que os ensaios rotineiros dos materiais dão acesso às informações do produto ao mesmo tempo em que permitem obter novas informações do mesmo.

A normatização dos materiais e métodos de ensaio é um procedimento que torna a classificação do produto mais uniforme, reduzindo as discrepâncias de qualidade e orientando os engenheiros na hora da escolha do material. Como já foi dito, também, reduz as diferenças de métodos de análise e possíveis desentendimentos entre clientes e fornecedores pela descrição uniforme e universal do material.

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As Normas Técnicas são ditadas pela ASTM – American Society for Testing and Materials e no Brasil pela ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas.

Cada tipo de material possui normas especificas, realizadas e fiscalizadas pela ABNT.

Estas normas visam, garantir a qualidade do produto e a consequente segurança do consumidor no uso do material.

Normalmente a fiscalização do cumprimento das normas é realizada por empresas certificadas do INMETRO - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia.

CERÂMICA NO BRASIL - Normas Técnicas

Associação Brasileira de Normas Técnicas

A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), fundada em 1940, é o órgão responsável pela normalização técnica no país, fornecendo a base necessária ao desenvolvimento tecnológico brasileiro.

É uma entidade privada, sem fins lucrativos, reconhecida como único Foro Na-cional de Normalização através da Resolução nº 07 do CONMETRO, de 24.08.1992. É membro fundador da ISO (International Organization for Standardization), da COPANT (Comissão Panamericana de Normas Técnicas) e da AMN (Associação Mer-cosul de Normalização).

A ABNT é a única e exclusiva representante no Brasil das seguintes entidades inter-nacionais: ISO (International Organization for Standardization), IEC (International Electrotechnical Commission); e das entidades de normalização regional COPANT (Comissão Panamericana de Normas Técnicas) e a AMN (Associação Mercosul de Normalização).

Maiores informações sobre a ABNT e sobre Normas Técnicas (consultas e aquisições) podem ser encontradas no site: www.abnt.org.br

Quer saber mais como é realizado o processo de ensaios de produtos revestimentos cerâmi-cos (pisos e azulejos), acesse o site: https://goo.gl/P5Vukd

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Mudanças na Utilização de MateriaisA seguir, falaremos sobre a evolução na utilização de alguns materiais como

exemplo de tecnologia e inovação:

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Embalagens de Refrigerantes

Até certo tempo atrás, convivíamos com os refrigerantes em garrafas de vidro. Havia todo processo de carregar essas garrafas até o mercado para serem trocadas por novas garrafas cheias com o apreciado líquido. No entanto, num determinado momento, as garrafas PET invadiram o mercado e nossas vidas. Assim sendo, o que seria mais correto: a garrafa PET ou a garrafa de vidro?

Essa questão merece uma análise de fatos e dados:

· As garrafas de vidro sempre existiram para diversos tipos de produto, desde os primórdios com o leite e elas dominavam o mercado até o início da década de 90.

· Com a chegada da garrafa PET e a entrada de várias empresas de refrigerantes no mercado, as garrafas de vidro praticamente desapareceram.

· Neste momento, temos uma retomada deste mercado, pois viu-se que existe uma grande preferência do consumidor por este tipo de embalagem pelo barateamento do custo total do produto a ser adquirido.

De acordo com a Associação Brasileira de Refrigerantes, essa não é uma discussão inútil sob a ótica de sermos o país no topo do ranking dos maiores consumidores de refrigerantes per capita anuais com 487 copos, superando os Estados Unidos com 436 copos. Deste total, segundo dados de dezembro de 2006 desta associação, em todo o mercado brasileiro de refrigerantes, o vidro participa com 12,3%, as embalagens PET dominam com 79,8%, enquanto as latas ficam com apenas 7,9%.

Voltando à nossa pergunta sobre qual seria a melhor embalagem, temos que considerar aspectos ambientais e econômicos, utilizando ferramentas de análise:

• Matéria-prima

Vidro PETAreia, calcário, barrilha, alumina e complementos. Plástico

Renováveis em sua maioria Não renovável

Se nossa análise fosse apenas neste ponto de vista, o vidro seria a melhor opção.

• Fabricação

Vidro PETEmissão de gases, utilização de energia e água. Emissão de gases, utilização de energia e água.

Retornável Não retornável

Como as garrafas de vidro retornarão para o processo, sua vida útil é muito maior que a garrafa PET, consumindo menos recursos, proporcionalmente, para sua produção.

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• Logística

Vidro PETPeso 900g Peso 45g

Viaja pronta. Viaja comprimida, podendo ser finalizada no local de enchimento.

Emissão de CO2 na ida e na volta. Emissão de CO2 só na ida.

Neste item, a garrafa PET é mais vantajosa que a garrafa de vidro.

• Uso da água

Vidro PET6 litros = 1 litroEntre produção e lavagem da garrafa. 2 litros = 1 litro

Nesse item, também, a garrafa PET é mais vantajosa que a garrafa de vidro, pois além do gasto de agua no processo produtivo, a garrafa de vidro demanda água para lavagem da embalagem no retorno.

• Gás dissolvido

Vidro PETGrande barreira à troca de gases Paredes porosas

Nesse item, a garrafa de vidro é mais vantajosa, pois o vidro é grande barreira à troca de gases, mantendo o produto com as características apreciadas pelo consumidor.

• Reciclagem

Vidro PET100% reciclável 100% reciclável

Considerando o índice de reciclagem, segundo dados de 2014, o Brasil atingiu o indice de 98,4% de latas recicladas, segundo a ABAL - Associação Brasileira do Aluminio. Com este número, o Brasil continua no topo de reciclagem de latas de aluminio em todo o mundo, posição que ocupa desde 2001. No mundo, aproximadamente 75% dessas embalagens são recicladas.

As embalagens PET ocupam o segundo lugar na reciclagem, com 51% em 2015 e as de vidro possuem a reciclagem de 45%.

Apenas uma parte das garrafas PET produzidas no país causam impacto ambiental, porém esse número é muito grande e cerca de 200 toneladas de garrafas são lançadas ao mar, rios, lagos, córregos por ano e permanecem ali, no mínimo, 400 anos até sua decomposição, quando não são ingeridas por animais, causando morte e sofrimento.

O vidro demora 10 vezes mais para se decompor, porém esse material não causa tanto impacto ambiental, pois, para adquirir um novo produto, o consumidor leva o antigo em busca de descontos na compra. O consumidor adquire apenas o conteúdo. Dessa forma, a indústria consegue trabalhar a logística reversa e o consumidor tem um barateamento do custo do produto que compra. Todos ganham, o fabricante, o consumidor e o meio ambiente.

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Vemos, nessa pequena reflexão, que existem pontos positivos e negativos em ambas utilizações, sugerindo que existe espaço para as duas embalagens. De qualquer forma e como tudo na vida, cabe a nós a boa utilização dos recursos e cuidados com o meio ambiente.

Maiores informações no link: https://goo.gl/95plTa

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Peças de Automóveis

Podemos, também, analisar o fenômeno de peças de automóveis: antes, produ-zidas em aço e alumínio; agora, substituídas por peças de plástico.

O uso de plástico na construção de automóveis começou com a aplicação desse material nas calotas. Logo após, a indústria iniciou testes para substituição do aço em partes da carroceria, como parachoques e paralamas e de materiais como o vidro, nos faróis.

O plástico foi mantido longe do motor, pois temos altas temperaturas e contaminação por combustível e lubrificantes nesse local do automóvel. Porém, como vimos, a descoberta de novos materiais propicia a utilização destes em locais nunca antes imaginados. Figura 15

Esse processo de troca obteve grande impulso com a redução da cilindrada de motores e o foco da indústria na redução de peso total no veículo, buscando a economia de combustível.

Colocando na balança:

· o alumínio pesa 30% menos que o aço; e

· o plástico pesa outros 30% menos que o alumínio.

A vantagem não fica só na redução de peso das peças, o plástico apresenta imunidade à corrosão, melhor isolamento acústico e maior liberdade no design para criação.

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Figura 16 – Cabeçote

Figura 17 e 18 – Motor

Figura 19 – Transmissão

Figura 20 – Coletor de Admissão

Figura 21 – Cárter

Saiba mais no link:Motor de plástico pode deixar carros mais leves e mais economicos.https://goo.gl/3BsnPL

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TubulaçõesOs edifícios construídos utilizam tubulações de diversos materiais que, como

todo material, têm uma vida útil.

Temos, hoje, à disposição vários materiais para esta utilização; todos apresentam pontos positivos e pontos negativos. Existem, nesta ótica, pontos importantes a serem destacados como:

· a natureza do material dos tubos e conexões que se deseja utilizar: o mercado apresenta opções em PVC, ferro, cobre e aço.

· a natureza da junta: temos a solda, a rosca, o vedante, anel de borracha, uso do calor e uso de solvente.

· condição de uso: este material estará em contato com alvenaria, argamassa, no contrapiso, na laje, calor, umidade, oscilações.

· material a ser transportado, exemplo água ou esgoto.

Saiba mais no link: Qual a durabilidade do encanamento de um edifício? Qual o melhor material para as tubulações hidráulicas?https://goo.gl/l6uoDs

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Voce sabia que o Brasil é um dos países que mais perdem água tratada em todo o mundo?

O gráfico a seguir mostra esta triste realidade nacional.

Fonte: G1 Globo (2015)

Para tratar este problema, a cidade de Tóquio, no Japão, trocou seus encanamentos por canos feitos com materiais diferentes, reduzindo, com isso, suas perdas de forma signifi cativa.Saiba mais no link: https://goo.gl/jiCxLK

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ProcessosE a partir destes materiais e estas indicações que utilizaremos os processos de

conformação plástica, laminação, forjamento, trefilação, extrusão, usinagem, es-tampagem, fundição e soldagem.

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Material ComplementarIndicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:

Para complementar os conhecimentos adquiridos nesta Unidade e enriquecer sua compre-ensão sobre o assunto tratado, consulte os livros abaixo, disponíveis na Minha Biblioteca:

LivrosQuímica IndustrialMarcelo, GAUTO, and ROSA, Gilber. Bookman, 2013. VitalBook file

Biomateriais - Fundamentos & AplicaçõesLambert, ORÉFICE, Rodrigo, PEREIRA, Marivalda de Magalhães, and MANSUR, Herman Sander. Guanabara Koogan, 2012. VitalBook file

Química GeralCHANG., and Raymond. ArtMed, 2010. VitalBook file.

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ReferênciasBRESCIANI Filho, E.; ZAVAGLIA, C. A. C.; BUTTON, S. T.; GOMES, E.; NERY, Fernando A. C., Conformação Plástica dos Metais, Editora da Unicamp, 5a edição, 1997.

DIETER, G. E., Metalurgia Mecânica, Editora Guanabara Dois, 2a edição, 1981.

HELMAN, H.; CETLIN, P. R., Fundamentos da Conformação Mecânica dos Metais, Editora Guanabara Dois, 1983.

CHIAVERINI, V., Tecnologia Mecânica, Volume II, Processos de Fabricação e Tratamento, Mc Graw-Hill, 2a edição, São Paulo, 1986.

KALPAKJIAN, S., Manufacturing Processes for Engineering Materials, Addison-Wesley Publishing Company, 1a edition, 1985.

Telecurso 2000, Ensino Profissionalizante, Processos de Fabricação – Volumes 1, 2, 3 e 4, Editora Globo, 2000.

GRÜNING, K., Técnica da Conformação, Editora Polígono, São Paulo, 1973.

UNITED STATES STEEL CORPORATION, The Making, Shaping and Treating of Steel, Eighth Edition.

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