Apostila 2

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PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO 
MECÂNICA
UNIDADE 2 - PROCESSOS DE 
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Autoria: Jerry Adriani Capitani Mendelski - Revisão técnica: Danilo Carvalho 
Heiderich
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Introdução
Caro(a) estudante, você sabe quais as diferenças entre os
processos de laminação, de forjamento, de extrusão e de
trefilação? Nesta unidade, você terá a oportunidade de
responder a essa pergunta, observando os conceitos básicos
relacionados a cada um desses processos de conformação
mecânica, bem como conhecendo suas características gerais,
seus mecanismos e seus principais parâmetros operacionais.
Conforme veremos, cada maneira de conformar materiais é
diferente, de modo que aspectos como velocidade, tensão e temperatura também irão variar em relação ao
processo de conformação mecânica escolhido, bem como a depender do objeto que se deseja produzir. Por
exemplo, você sabia que, em determinados procedimentos, temperaturas mais baixas podem ser mais indicadas
que temperaturas muito altas? Acompanhe a unidade para descobrir mais sobre esse tema e bons estudos!
2.1 Processo de laminação
A é um processo utilizado para a conformação mecânica e que tem como resultado a produção delaminação
chapas, de barras e de perfis. Algumas características básicas relacionadas a essa produção são a sua elevada
velocidade de processamento e a sua capacidade de absorver altos volumes de demandas por produtos com
dimensões específicas e baixas variações.
Figura 1 - Produtos conformados pelo processo de laminação
Fonte: hiko_photos, Shutterstock, 2020.
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#PraCegoVer: ilustração de produtos conformados pelo processo de laminação, em fundo branco. À esquerda, 
temos três tubos e três perfis laminados compridos. No centro, constam três bobinas de chapas laminadas. Por
fim, à direita, há dois conjuntos de chapas planas laminadas. Todos os produtos têm cor metálica.
Para melhor compreendermos como ocorre o processo de laminação, estudaremos, primeiramente, as suas
características básicas, identificaremos os produtos por ele obtidos e reconheceremos, ainda, os maquinários
relacionados a essa produção. Após isso, para finalizar, conheceremos os parâmetros necessários para o controle
desse processo. Acompanhe!
2.1.1 Características do processo de laminação
O processo de laminação permite a conformação de uma matéria-prima por meio de uma compreensão direta
sobre ela, alterando a seção transversal inicial dessa peça. Como resultado, são produzidos objetos variados,
como barras, lingotes, placas ou fios.
Conforme observado por Milanez (2006), nesse processo de conformação mecânica, ocorre a passagem de um
corpo sólido por cilindros metálicos que ficam localizados a uma distância menor que a espessura inicial desse
corpo. Tais cilindros giram em sentidos opostos, porém, mantêm uma velocidade igual e constante, ocasionando,
com isso, a redução da seção transversal dos blocos ou das barras conformadas. Além disso, há também um
aumento no comprimento da peça e as suas propriedades se tornam melhores.
Nesse mesmo sentido, Coda (2006) explica que as conformações mecânicas executadas pelo processo de
laminação causam uma deformação plástica no corpo sólido trabalhado e, desse modo, geram alterações
permanentes tanto em sua forma como em suas propriedades, mantendo, contudo, a sua massa.
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Figura 2 - Representação gráfica do processo de laminação
Fonte: matsabe, Shutterstock, 2020.
#PraCegoVer: representação gráfica, em preto e branco, do processo de laminação. Uma chapa é conformada 
horizontalmente, da esquerda para a direita, ao passar por entre dois rolos. A distância entre esses rolos é menor
que a espessura inicial da chapa, de modo que esta tem sua espessura diminuída.
No que concerne ao , existem referências que comprovam que esse nãosurgimento do processo de laminação
é um processo novo. Estudos apontam que por volta do ano de 1486 já se observava a confecção de materiais
para a cunhagem de moedas por meio da aplicação da laminação (ARAUJO, 1997).
Com o passar do tempo, o processo de laminação foi apresentando ganhos tecnológicos. Assim, atualmente,
temos a , em que as atividades estão voltadas para o atendimento das demandas delaminação moderna
mercado e na qual o nível de produtividade é elevado. Os custos operacionais, além disso, são menores,
enquanto é maior a capacidade de produção de produtos flexíveis e de qualidade.
Sabendo disso, os seguintes fatores são decisivos para que esse novo cenário de alta produtividade possa se
sustentar:
• correta identificação e correlação entre a energia necessária para o processo e o ferramental utilizado;
• aplicação do processo de calibração em meio à laminação por canais incorporados nos cilindros;
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• aplicação do processo de calibração em meio à laminação por canais incorporados nos cilindros;
• controle metalúrgico das peças;
• análise e controle dos potenciais defeitos que possam ocorrer;
• atenção e análise de questões relacionadas ao preenchimento dos canais e ao controle dimensional;
• análise e avaliação das peças a serem produzidas durante a etapa de planejamento, bem como o 
desenvolvimento do projeto das peças.
No que se refere aos seus aspectos operacionais, o processo de laminação por ser realizado tanto de forma
contínua como pode ser dividido em etapas previamente definidas e calculadas. Além disso, é também possível a
utilização de um ou mais de um cilindro de laminação e, da mesma forma, o processo tem a capacidade de
utilizar, caso necessário, ferramentas consideradas adicionais.
Já no que diz respeito à linha de produtos que podem ser confeccionados por meio da laminação, observamos
que ela permite a produção de materiais com geometrias planas, como chapas finas e grossas, bem como
produtos com uma geometria mais específica e que não é considerada plana, a exemplo dos vergalhões, dos
tubos e também dos perfis estruturais.
Diante disso, Moraes (2010) explica que os produtos planos confeccionados por esse processo são laminados por
meio de cilindros lisos; por outro lado, os produtos não planos são produzidos em cilindros que possuem canais.
Figura 3 - Processos de laminação por cilindros lisos e por cilindros com canais
Fonte: Mr.1, Shutterstock, 2020.
#PraCegoVer: duas fotografias apresentam processos de laminação. Na primeira fotografia, à esquerda, ocorre o 
processo de laminação de uma chapa metálica por dois cilindros lisos metálicos dispostos horizontalmente. Com
isso, é produzida uma chapa também lisa. À direita, na segunda fotografia, temos duas telhas de metal laminado
com geometria não plana dispostas verticalmente, resultado do processo de laminação por cilindros com canais.
Com relação à laminação de chapas lisas, Barros (2006) apresenta diferentes tipos de laminadores existentes,
conforme exemplifica a figura a seguir.
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Figura 4 - Tipos de laminadores para a confecção de chapas lisas
Fonte: BARROS, 2006, p. 48.
#PraCegoVer: ilustração em preto e branco apresentando seis tipos de laminadores existentes, utilizados para a 
confecção de chapas lisas. Na parte superior da imagem, da esquerda para a direita, são apresentados cinco
tipos: (A) laminador duo não reversível, que contém dois cilindros horizontais por entre os quais passa uma
chapa em uma única direção; (B) laminador duo reversível, com dois cilindros horizontais que permitem a
conformação da chapa nas duas direções; (C) laminador trio, com três cilindros horizontais, permitindo a
passagem de chapas tanto entre o primeiro e o segundo cilindro quanto entre o segundo e o terceiro cilindro; (D)
laminador quádruo, composto por quatro cilindros, sendo dois de encosto e dois de trabalho; (E), laminador
Sendzimir, composto por doze cilindros. Na parte inferior da imagem, à esquerda, temos a ilustração do
laminador universal (F), que é composto por dois cilindros horizontais e dois cilindros verticais. Por fim, à
direita, constam os nomes de cada um dos laminadores, de (A) até (F).
Ressalta-se, ainda, um outro tipo de laminação, a saber,a , que está ligadalaminação não convencional
diretamente à confecção de roscas por meio de rolos ou então com a utilização de encostos planos. De acordo
com Carvalho (2011), o processo de laminação de rosca com cilindro permite que o material seja comprimido
entre três elementos fixos e também reguláveis, com zona de saída de curvatura determinando um segmento de
rosca que gira e que guia a peça contra o cilindro de laminação.
Esse tipo de processamento é aplicado, basicamente, na fabricação de grandes lotes de peças, sendo por isso
amplamente utilizado para a confecção de parafusos na indústria de fixação. Veja na figura a seguir mais
detalhes sobre esse processo.
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Figura 5 - Laminação de roscas com encosto
Fonte: CARVALHO, 2011, p. 28-29.
#PraCegoVer: ilustração nas cores cinza e laranja contendo dois tipos de maquinários relacionados à produção 
de roscas externas. Na primeira ilustração, à esquerda, um parafuso está posicionado verticalmente e gira devido
à atuação de duas placas móveis com encosto plano fixo, que atuam em sentidos diferentes. À direita, há um
laminador de rosca cilíndrico que permite a entrada de seis parafusos em um espaço existente entre ele e um
suporte conhecido como segmento de roscar.
Além das classificações apresentadas, é também possível categorizar esse processo de conformação mecânica
quanto à sua temperatura de trabalho, dividindo-o em e . No primeirolaminação a quente laminação a frio 
caso, a temperatura a ser atingida pelo material durante o seu processamento está acima da faixa de 
temperatura de recristalização. Com isso, a estrutura é refinada em grãos equiaxiais recristalizados de menor
tamanho. Por outro lado, a laminação a frio trabalha em uma faixa de temperatura em que o material não chega à
sua temperatura de recristalização (KIMINAMI; OLIVEIRA; CASTRO, 2013).
Para a condição de laminação a quente, o grau de deformação ocorre na ordem de centenas de vezes, enquanto o
processo de laminação a frio estabelece o grau de deformação em uma faixa ao menos dez vezes menor. Diante
disso, é importante considerar que o grau de deformação em um processo de laminação está diretamente ligado
Você quer ver?
Em um processo de laminação, obtemos placas, chapas ou perfis metálicos de um
modo bem específico. Para conhecer um pouco sobre o maquinário responsável por
essa produção e sobre como as operações são realizadas quase que automaticamente
em uma linha produtiva especializada, assista ao vídeo Incrível processo de fabricação
.de lâminas de aço e outros métodos de produção modernos
Acesse
 https://www.youtube.com/watch?v=hWvZJ-gdHok
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disso, é importante considerar que o grau de deformação em um processo de laminação está diretamente ligado
à relação entre a espessura inicial e a espessura final do material laminado, que pode ser analisada em cada
passo ou considerando a deformação total.
Para uma maior compreensão do processo de laminação a quente, observe a figura a seguir, que apresenta o
fluxo operacional desse modo de conformação mecânica.
Figura 6 - Processo de laminação a quente
Fonte: Elaborada pelo autor, 2020.
#PraCegoVer: esquema de relação vertical apontando as etapas pertencentes ao processo de laminação a 
quente, bem como os equipamentos necessários para isso. Assim, de cima para baixo, temos a etapa de
aquecimento, na qual é utilizado o forno. Depois, temos a etapa de desbaste, realizada com rolos. Em seguida,
temos a fase de acabamento, quando também os rolos são necessários. Após isso, temos a saída da peça, que
necessita de uma mesa com resfriamento. Por fim, a peça passa pelo bobinador.
Com relação ao processo de laminação a frio, conforme vimos, são aplicadas temperaturas abaixo da
temperatura de recristalização do objeto. Em outras palavras, um processo de deformação pode ser considerado
a frio quando ocorre a temperaturas em que a energia de deformação é armazenada no material, não ocorrendo
processos de recuperação ou de recristalização (CALLISTER, 2002).
Finalmente, conforme explicam Gardner, Saari e Wang (2010), em seções que passam pelo processo de
laminação a frio, a formação de tensões residuais é amplamente associada à deformação plástica não uniforme
presente durante o processo. Com isso, ao contrário do que ocorre na laminação a quente, os grãos resultantes
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presente durante o processo. Com isso, ao contrário do que ocorre na laminação a quente, os grãos resultantes
do processo de laminação a frio mantêm-se deformados e achatados, uma vez que não sofrem recuperação e
recristalização.
2.1.2 Parâmetros fundamentais do processo de laminação
Há alguns que podem influenciar de forma decisiva na execução do processo de laminação, bemparâmetros
como no resultado que se espera dele. Assim, destacam-se os seguintes parâmetros desse processo de
conformação mecânica:
• diâmetro do rolo laminador;
• resistência à deformação do material a ser trabalhado;
• tensões de laminação;
• temperatura do processo de laminação;
• velocidade de deformação;
• taxa de deformação;
• atrito existente entre os rolos e o material a ser trabalhado.
Nesse sentido, é imperativo considerar que todos esses parâmetros listados devem ser primeiramente
conhecidos e, depois, de forma sequencial, controlados, a fim de que o processo como um todo seja executado de
modo eficaz. Dessa maneira, espera-se obter os produtos planejados sem que haja falhas no processo de
fabricação como um todo.
Os parâmetros relacionados à especificação do e à diâmetro dos rolos laminadores resistência à deformação
apresentada pelo tipo de material a ser utilizado no processo são itens a serem verificados e estabelecidos
durante a fase de planejamento e, ainda, de desenvolvimento do produto e do processo de fabricação.
No que tange às envolvidas no processo, na direção longitudinal, pode ser observada atensões de laminação 
atuação de tensões de tração ou de compressão. Por outro lado, na direção paralela à superfície dos rolos
laminadores, podemos observar a atuação de tensões de compressão. A figura a seguir ilustra essas tensões.
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Figura 7 - Processo de laminação a quente
Fonte: Elaborada pelo autor, 2020.
#PraCegoVer: ilustração na cor laranja representando a atuação das tensões de compressão e de tração por 
rolos laminadores sobre um material. No centro da imagem, está um cubo não preenchido, de modo que é
possível observar todas as suas arestas. Setas apontam para dentro do cubo nas faces anterior e posterior e nas
faces superior e inferior, representando as tensões de compressão que incidem sobre o material. Há também
setas saindo do cubo nas faces laterais, à esquerda e à direita, as quais representam as tensões de tração.
Com relação ao parâmetro , ele é responsável por identificar a quantidade develocidade de deformação
material a ser conformada considerando uma determinada unidade de tempo. Nesse caso, percebe-se que a
velocidade de deformação tem influência direta sobre a quantidade de força a ser aplicada na operação e que é
necessária para a conformação, de modo que, observada uma mesma condição de , quanto maior atemperatura
velocidade de deformação utilizada, maior será a força necessária para a efetiva realização do processo.
A velocidade de deformação pode ser expressa pela seguinte equação:
Nela, é a velocidade tangencial do cilindro; é a deformação logarítmica; e é o arco de contato. Para
identificar a velocidade tangencial do cilindro, utiliza-se a equação a seguir:
Logo, a velocidade tangencial do cilindro será dada pelo produto entre , ou seja, o raio do cilindro, e , isto é, a
velocidade angular do cilindro.
Com relação ao parâmetro , podemos identificá-lo aplicando a seguinte equação:força
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Com relação ao parâmetro , podemos identificá-lo aplicando a seguinte equação:força
Assim, a forma será dada pelo produto entre , que representa a área de contato entre a barra e o cilindro, e ,
que diz respeito à tensão média de compressão. Para encontrar a área de contato entre a barra eo cilindro,
aplica-se a equação a seguir, em que diz respeito à largura média:
Finalmente, para identificar a largura média, utiliza-se a equação:
Assim, por meio da soma da largura inicial ( ) e da largura final ( ) dividida por 2, é possível identificar a
largura média.
Teste seus conhecimentos
(Atividade não pontuada)
Posto isso, na sequência, teremos a oportunidade de nos aprofundar em torno do processo de forjamento.
2.2 Processo de forjamento
Segundo Müller (2010), historicamente, os primeiros registros das técnicas de deformação plástica datam do
final da Idade da Pedra, em uma região próximo ao Oriente Médio. Nesse local, foram encontradas referências
que levam a crer que técnicas de fabricação por meio de martelamento eram aplicadas para a obtenção de
objetos forjados em ouro, cobre e prata, os quais eram utilizados para fins artísticos e em encontros religiosos.
Ainda conforme Müller (2010), à época, esses materiais eram colhidos no mesmo estado em que podiam ser
encontrados na natureza, selecionados e, logo após isso, eram conformados por meio de golpes, sendo essa
técnica então denominada como forjamento.
Sabendo disso, na sequência, conheceremos as características do processo de forjamento e quais os parâmetros
necessários para esse modo de conformar materiais.
2.2.1 Características do processo de forjamento
O é um processo de conformação mecânica que proporciona a criação de peças com uma elevadaforjamento
resistência e com integridade e uniformidade estruturais. Ademais, é possível notar que, por meio dessa técnica,
obtém-se uma redução nas quantidades de usinagens requeridas para produzir objetos, assim como há uma
evidente economia de matéria-prima e de peso do material forjado.
Schaeffer (2001) explica que o forjamento está baseado na implantação de um processo de fabricação em série
que produz peças metálicas direcionadas às mais variadas aplicações. Além disso, o autor enfatiza que o
processo de forjamento pode ser subdividido em três formas distintas: forjamento a frio; forjamento a morno; e
forjamento a quente. Como é possível observar, a base dessa distinção está relacionada à temperatura de
 dos materiais, parte atuante do processo de conformação.recristalização
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Ainda no que se refere à classificação quanto à temperatura, Doege e Bohnsack (2000) explicam que o processo
de forjamento a quente distingue-se do realizado a morno pela faixa de temperatura em que ocorrem os
mecanismos de recuperação e de recristalização. Nesse sentido, no caso do forjamento a quente realizado para
aços, as temperaturas variam de 1100 a 1280 °C.
Além da classificação relacionada à temperatura, Schaeffer (2001) também apresenta uma outra forma de
classificação, ligada à empregadas no processo de forjamento. Quanto a esse aspecto,geometria das matrizes
os forjamentos podem ocorrer com matriz aberta; com matriz fechada sem rebarba; e com matriz fechada com
rebarba.
Figura 8 - Conformação mecânica por forjamento
Fonte: SvedOliver, Shutterstock, 2020.
Você quer ler?
O forjamento é um dos processos de conformação mecânica mais tradicionais e
utilizados no mundo inteiro. Suas possibilidades de aplicação e de obtenção de peças
têm um peso muito grande na hora da escolha dos procedimentos a serem
implantados. Contudo, a fim de alcançar uma condição que traga os melhores
resultados, é fundamental conhecer o processo como um todo. Nesse sentido, o livro 
, de Schaeffer (2001), apresenta-se como uma boaForjamento: introdução ao processo 
base para conhecer mais detalhes sobre esse modo de conformar metais.
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#PraCegoVer: fotografia apresentando em primeiro plano o processo de forjamento a quente de uma peça em 
aço. A peça de aço, que possui uma cor alaranjada devido à alta temperatura, está posicionada sobre a face
inferior de uma matriz de forjamento aberta. A face superior dessa matriz não está em contato direto com a peça
no momento da fotografia. Ao fundo da imagem, de maneira desfocada, há um operador acompanhando o
processo.
No que se refere aos utilizados no forjamento, destacam-se os martelos, que realizam aequipamentos
conformação do material em processamento por meio de um impacto, e as prensas, que aplicam uma ação de
compressão sobre o material a ser conformado a uma baixa velocidade de trabalho quando em comparação à
ação dos martelos.
O atuante nesse modo de conformação mecânica inclui uma peça que, dependendo dasistema tribológico
forma de forjamento, será preaquecida, aquecida ou não aquecida; a utilização de um lubrificante durante o
processo; e uma ferramenta de forjamento para a realização da deformação plástica. A matriz de forjamento está
sujeita a repetidas cargas mecânicas e, em algumas situações, até mesmo térmicas.
Nesse contexto, é importante destacar que, conforme explica Börder (2005), a forjaria do futuro precisará estar
atenta e buscar a eficiência no uso da energia necessária para os processos de forjamento. Com isso, visa-se
proteger o meio ambiente. Além disso, o autor ressalta que a capacidade operacional dessa forjaria irá depender
de uma efetiva integração dos recursos tecnológicos, ambientais e humanos.
Outro ponto destacado por Börder (2005) é o fato de o forjamento não ser um processo amigável, de modo que
as forjarias devem se estruturar para atrair recursos humanos e manter sua força de trabalho em um processo
de constante atualização e motivação, visando obter resultados efetivos sobre os investimentos aplicados.
2.2.2 Parâmetros fundamentais do processo de forjamento
De acordo com Kobayashi, Oh e Altan (1989), existem diversas variáveis que são atuantes em um processo de
forjamento, interferindo e impactando o comportamento estrutural do equipamento em função dos mecanismos
de ação e de reação. Nesse sentido, os autores destacam aspectos como o próprio material a ser conformado, as
dimensões das matrizes, as condições e interações entre metal e matriz, os mecanismos de deformação plástica,
as características do produto final, as condições de transferência de calor entre lingote e ambiente e, finalmente,
o tipo de equipamento usado para o processo.
Na esteira dessas considerações, Schaeffer (2001) apresenta como aspectos importantes para a definição dos
parâmetros do processo de forjamento as tensões existentes, as deformações obtidas, a velocidade de
deformação, a temperatura, a curva de escoamento do material e o coeficiente de atrito, entre outros. Assim, de
forma resumida, observamos que os parâmetros do forjamento se ligam aos fenômenos físicos que interagem
durante todas as etapas desse processo de conformação mecânica.
No quadro a seguir, são listados os parâmetros do forjamento relacionados a cada componente desse processo.
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Quadro 1 - Principais parâmetros do processo de forjamento
Fonte: Elaborado pelo autor, baseado em SCHAEFFER, 2016.
#PraCegoVer: quadro composto por duas colunas relacionando seis componentes do processo de forjamento 
aos seus respectivos parâmetros. Os seis componentes do processo de forjamento apresentados na primeira
coluna, à esquerda, são a matéria-prima, os equipamentos, a matriz, o material, a lubrificação e as peças
acabadas. Na segunda coluna, à direita, são apresentados os parâmetros de cada um desses componentes.
Considerando, então, os parâmetros relacionados ao processo de forjamento, cumpre ressaltar que quando um
corpo é submetido a um carregamento externo, devido à atuação de forças, dá-se origem a tensões na parte
interna desse corpo e, também, junto às ferramentas. Dessa forma, a ( ) pode ser definida pela divisãotensão
entre força ( ) e área da seção ( , de acordo com a seguinte expressão matemática:
Além disso, nos processos de conformação mecânica por forjamento, a deformação localizada é calculada por
meio da deformação verdadeira ( ) (ou de engenharia), e não pela deformação relativa ( ). Assim, as diferentes 
 podem ser calculadas por meio das expressões matemáticas a seguir:deformações
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• deformação em altura: ;
• deformação em profundidade:;
• deformação em largura: .
Assim como no processo de laminação, no forjamento, a pode ser definida comovelocidade de deformação
uma variação da deformação ocasionada pelo processo em função do tempo. Logo, a velocidade de deformação
pode ser expressa pela seguinte equação matemática, em que a velocidade da ferramenta ( ) é dividida pela
altura final ( ):
No que concerne ao comportamento específico do material, é possível observar a sua curva de escoamento ou
curva de tensão de deformação, a qual demonstra a tensão necessária para a deformação plástica do material.
Essa tensão, denominada ( ), pode ser expressa conforme apresentado na seguintetensão de escoamento
equação, em que representa a deformação verdadeira:
Desse modo, a tensão de escoamento ( ) é obtida por meio da multiplicação de uma constante proporcional ( )
pelas deformações ( ) elevadas a um coeficiente de sensibilidade à taxa de deformação ( ).
Para o forjamento de peças a altas temperaturas, podemos perceber a grande importância da expressão da
tensão de escoamento, assim como a importância das variáveis e .temperatura velocidade de deformação
Assim, temos a seguinte equação:
Dessa forma, para obtermos a tensão de escoamento ( ), devemos realizar a multiplicação da tensão de
escoamento inicial ( ) pela constante matemática e pelo exponencial , que é elevado pela constante 
multiplicada pela temperatura ( ). Após isso, o valor é multiplicado pela constante matemática e pela
deformação ( ), que é elevada, por sua vez, à constante matemática multiplicada pelo exponencial da divisão
da constante matemática pela deformação ( ).
Finalmente, o valor é então multiplicado pela constante matemática e pela velocidade de deformação ( ), que
é elevada à constante matemática . Assim, como é possível observar, , , , , , , e são constantes
matemáticas utilizadas para adaptar a expressão matemática às curvas adquiridas experimentalmente.
Outro parâmetro que precisa ser observado no que concerne ao processo de conformação mecânica por meio do
forjamento é o . Para compreendê-lo, normalmente recorremos à , segundo a qual oatrito lei de Coulomb
coeficiente de atrito ( ) pode ser estabelecido utilizando-se a seguinte equação:
Assim, o coeficiente de atrito ( ) é obtido por meio da divisão entre a tensão cilhalhante ( ) e a tensão normal (
) , sendo essa divisão igual à divisão entre a força cisalhante ( ) e a força normal ( .
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Você o conhece?
Charles Augustin de Coulomb (1736-1806), físico e inventor nascido em Angolema, na
França, atuou diretamente na resolução de problemas relacionados à mecânica. Por
meio de suas experiências, estabeleceu a lei de Coulomb, que demonstra a relação de
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Já Brito (2006) apresenta outra forma possível para descrever o atrito. Para isso, ele se utiliza da ,lei de Prandtl
que calcula o fator de atrito interfacial conforme a equação matemática a seguir:
Nesse caso, é o fator de atrito; é a tensão de cisalhamento na interface material/ferramenta; e é a tensão
limite de elasticidade em cisalhamento puro. Os valores limite para o fator de atrito são 0 quando não existe
atrito e 1 para condições de aderência. Brito (2006) ainda aponta a lei de Prandtl como uma forma de poder
determinar a tensão de cisalhamento.
Ainda em relação aos parâmetros de forjamento, cabe salientar o cálculo necessário para obter o valor da
 representativo da conformação, que pode ser obtido com a seguinte equação:energia/trabalho
Para essa equação, diz respeito à energia/trabalho; representa a tensão de escoamento no início do
processo; é o volume da peça forjada; é a altura da geratriz e é a altura média da peça após o forjamento.
Teste seus conhecimentos
(Atividade não pontuada)
Uma vez claros esses cálculos e conceitos, na sequência, teremos acesso a informações importantes a respeito de
outro processo de conformação mecânica muito conhecido: a extrusão.
2.3 Processo de extrusão
A é um processo integrado (termomecânico) que contempla vários outros processos de forma unitária,extrusão
tais como a homogeneização; o aquecimento à temperatura de trabalho; a extrusão; o alongamento; o
tratamento da solução; e o envelhecimento. O grau de importância das características microestruturais da liga
utilizada pode ser determinado considerando os seguintes aspectos:
• a coerência e a distribuição de precipitados de fortalecimento;
• o grau de recristalização;
• o tamanho e a forma do grão e/ou do subgrão;
• a textura cristalográfica;
• o tamanho e a distribuição de partículas intermetálicas, incluindo os dispersoides e as fases 
constituintes (que resultam de impurezas de ferro e de silício).
Em resumo, o processo de extrusão tem como resultado a obtenção de barras em formato cilíndrico ou então de
tubos. Porém, em condições específicas, como por meio da utilização de matéria-prima caracterizada pela
facilidade de extrusão, pode-se obter também seções consideradas irregulares.
Sabendo disso, ao longo deste tópico, teremos a oportunidade de nos aprofundar mais sobre esse processo de
conformação mecânica.
meio de suas experiências, estabeleceu a lei de Coulomb, que demonstra a relação de
atração e de repulsão das cargas elétricas e que é semelhante à lei da gravitação
universal proposta por Isaac Newton.
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conformação mecânica.
2.3.1 Características do processo de extrusão
Segundo Quelho (2018), o processo de extrusão teve início em meados de 1797, aproximadamente, mas sua
utilização teve um crescimento exponencial no decorrer da Segunda Guerra Mundial, em meados dos anos 1900.
Naquele contexto, já apresentava vantagens específicas, como a produção de peças livres de trincas; um controle
dimensional elevado; a produção de volumes variados; e a produção de peças com diferentes designs.
Atualmente, o processo de extrusão está comumente atrelado ao uso de temperatura, condição estabelecida em
função das grandes solicitações de esforços para a efetivação da deformação. Porém, as evoluções tecnológicas
têm, cada vez mais, aberto espaço para a efetivação desse processo sem o uso da temperatura, ou seja, ele pode
também ser realizado a frio.
De acordo com Yang (2018), a extrusão se caracteriza por ser um processo semicontínuo voltado para a
produção de peças, no qual, de forma geral, os materiais passam por três zonas específicas. Clique nos ícones a
seguir para descobrir quais são essas zonas!
Zona de alimentação.
Zona de compressão.
Zona de dosagem.
Assim, os materiais transitam por essas zonas até que sejam efetivamente forçados por meio de uma matriz,
adquirindo, com isso, uma forma predeterminada. Choe . (2014) explicam esse processo de maneira maiset al
detalhada, apontando que os materiais termoplásticos são introduzidos em uma extrusora por meio de um funil,
caindo por ação da gravidade em uma rosca contida em um cilindro aquecido a uma temperatura perto da
temperatura de fusão do polímero. Na sequência, o material é comprimido e sofre plastificação, sendo
transportado até a etapa seguinte, que garante a homogeneização e a vazão da mistura para a matriz, por meio
da pressão gerada.
No que se refere à sua classificação, a extrusão se divide em duas categorias básicas: a extrusão direta e a
extrusão indireta. A apresenta uma menor exigência de esforços para a efetivação daextrusão indireta
deformação. Com isso, é possível obter um produto mais homogêneo, sem a existência de defeitos que são
comumente observados no processo de extrusão direta.
Você sabia?
Atualmente, vários materiais são extrudados, entre eles o acrilonitrila butadieno
estireno, isto é, o , que é um termoplástico com grande aplicabilidade em váriosABS
setores da indústria, principalmente automotiva, sendo utilizado para a produção de
painéis ou como filamento em impressoras 3D, por exemplo (ROCHA ., 2014).et al
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Apesar das vantagens da extrusão indireta, a é a mais escolhida nos processos produtivosextrusão direta
implantados, uma vez que apresenta maior simplicidade em relação ao seu equipamento.Na prática, ela ocorre
por meio da ação de um pistão sobre um tarugo, que tem a sua passagem forçada por uma ferramenta específica
posicionada de forma oposta aos recipientes. Nessa operação, é possível observar a ação de atrito entre o tarugo
e o recipiente.
Veja na figura a seguir quais as diferenças entre esses modos de extrusão.
Figura 9 - Extrusão direta e indireta
Fonte: CHIAVERINI, 1986, p. 125.
#PraCegoVer: duas ilustrações em preto e branco apresentam os mecanismos de extrusão direta e de extrusão 
indireta. Acima, evidencia-se o processo de extrusão direta, composto por uma câmara superior e uma câmara
inferior por entre as quais será produzida uma barra extrudada. Para isso, um êmbolo, com uma placa de
pressão acoplada a ele, age no sentido da direita para a esquerda e atua diretamente sobre o bloco a ser
conformado. Do lado oposto ao êmbolo, está a matriz em contato direto com o bloco, que a pressiona e resulta na
- -19
conformado. Do lado oposto ao êmbolo, está a matriz em contato direto com o bloco, que a pressiona e resulta na
produção do material. Abaixo, é representado o processo de extrusão indireta. Nesse caso, existe uma
movimentação da câmara montada com o bloco em direção à matriz, produzindo uma barra extrudada.
No processo de extrusão indireta, o pistão está necessariamente acoplado à ferramenta e ambos estão
posicionados na extremidade da extrusora, de modo que o recipiente com o tarugo tem um movimento de
avanço. Nesse caso, inexiste o atrito específico entre o tarugo e o recipiente.
Finalmente, cumpre ressaltar que, quando comparada à laminação, a extrusão pode apresentar algumas
desvantagens, como maiores custos atrelados aos equipamentos; limitação de comprimento do perfil; menor
velocidade de trabalho; e maior possibilidade de falta de uniformidade na deformação ao final do processo.
2.3.2 Parâmetros fundamentais do processo de extrusão
De acordo com Costa . (2006), no processo de extrusão, há algumas variáveis que são responsáveis diretaset al
pelo resultado final das peças obtidas, afetando, portanto, a qualidade do produto. Entre essas variáveis
apresentadas pelos autores, destacam-se a temperatura, a velocidade, a pressão de extrusão, a geometria da
matriz, a razão da extrusão e o tipo de lubrificante.
A está relacionada à capacidade de conformação plástica do material, não devendotemperatura de trabalho
ser muita alta, visto que isso pode provocar um desgaste prematuro da ferramenta. Logo, esse processo
necessita de uma temperatura mínima que proporcione a condição de plasticidade sem a presença de falhas.
Já o parâmetro tem uma ação importante em relação ao calor a ser gerado pelovelocidade de extrusão
processo como um todo, sendo a temperatura um fator decisivo para evitar qualquer alteração microestrutural
na liga. Nas condições em que o processo atinge o ponto de fusão, há potencialização da ocorrência de fissuras no
metal extrudido.
Outro parâmetro do processo de extrusão a ser considerado é a , que mede a deformação darazão da extrusão
seção transversal inicial com a seção transversal final. Esse índice é definido pela seguinte expressão matemática:
Nesse caso, é, então, a razão de extrusão, é a área da seção transversal da bucha do recipiente e é a área
da seção transversal da bucha do material extrudado.
As que ocorrem na extrusão, por sua vez, podem ser estabelecidas considerando-se tanto odeformações
processo de extrusão direta quanto o processo de extrusão indireta. No primeiro caso, aplica-se a seguinte
fórmula:
Já para a extrusão indireta, temos a seguinte fórmula:
Nessas equações, é a seção do corpo na qual existe atuação da força para a deformação; é a seção após a
deformação; é a altura da geratriz; e é a altura da espessura do material abaixo da pulsão após a deformação.
Com relação aos parâmetros associados à e ao , tanto para a extrusão direta quanto para aforça trabalho
extrusão indireta, podemos utilizar a fórmula a seguir, na qual diz respeito à força; é a seção antes da
deformação; é a tensão de escoamento média; é a deformação; e é o rendimento.
Da mesma forma, podemos também obter o valor representativo do trabalho utilizando a seguinte fórmula:
- -20
Nesse caso, refere-se ao trabalho, ao passo que é o curso da pulsão. Por fim, para descobrir qual o , aplica-
se a fórmula:
Assim, o curso da pulsão ( ) é obtido com a subtração entre a altura inicial ( ) e a altura final ( ).
Agora que já conhecemos como ocorre o processo de conformação de metais por extrusão e quais os parâmetros
aplicados nessa atividade, veremos em que consiste o processo de trefilação.
2.4 Processo de trefilação
O processo de trefilação pode ser considerado novo, tendo obtido uma maior representatividade nos últimos 50
anos. Em seus estudos, Santos (2008) identifica que esse processo é utilizado sobretudo para a confecção de
arames e de barras cilíndricas ou tubulares, objetos aplicados nos mais diversos contextos.
Considerando esse cenário, ao longo deste tópico, conheceremos as características da trefilação e quais os seus
parâmetros mais representativos.
2.4.1 Características do processo de trefilação
Para Button (2007), independentemente do tipo de objeto obtido, a caracteriza-se sempre pelotrefilação
tracionamento do produto trefilado por meio de uma matriz que lhe confere a geometria e as dimensões
especificadas. Basicamente, esse processo é executado em quatro etapas. Clique nos ícones a seguir para
descobrir quais são elas!
Desbobinamento do fio-máquina.
Pré-endireitamento horizontal.
Pré-endireitamento vertical.
Jateamento.
Desse modo, de acordo com Dieter, Howard e Semiatin (2003), a trefilação pode ser definida como um processo
de manufatura por deformação plástica em que o fio-máquina é tracionado passando por meio de uma
ferramenta cônica. Com isso, ocorre uma redução da área de sua seção transversal e seu comprimento total
aumenta. Logo em seguida, é realizado o corte do material em barras de 6 metros, que seguem, então, para o
processo de polimento e de endireitamento por rolos cruzados côncavos e convexos (processo PERC), etapa que
proporciona o acabamento das barras.
A figura a seguir ilustra de modo mais detalhado como ocorre a trefilação, apresentando sete fases.
- -21
Figura 10 - Etapas do processo de trefilação
Fonte: NUNES, 2012, p. 5.
#PraCegoVer: ilustração em preto e branco apresentando as etapas do processo de trefilação. Da direita para a 
esquerda, temos uma bobina cujo fio-máquina que está enrolado nela é desbobinado. Depois, temos a etapa de
pré-endireitamento horizontal, na qual constam sete rolos horizontais intercalados, por entre os quais passa o
fio-máquina. Em seguida, ocorre a etapa de pré-endireitamento vertical, quando o fio-máquina passa por entre
sete rolos verticais. Na sequência, tem-se a fase de jateamento, representada na figura por dois triângulos, um
superior e um inferior, que incidem sobre o fio-máquina. A próxima etapa é a de trefilação, quando um bloco
trefila o fio-máquina. Depois, na próxima fase, duas placas estreitas representam o corte do produto e, por fim,
na última etapa, há o polimento e o endireitamento do fio.
Segundo Nunes (2012), no decorrer desse processo, é possível encontrar vários fatores que podem gerar
distorções de forma após o tratamento térmico, como a distribuição das tensões residuais e o desalinhamento na
distribuição da zona de segregação. No mesmo sentido, Simsir e Gür (2008) explicam que as segregações são
geradas durante a etapa de solidificação do material, podendo ser alteradas e redistribuídas ao longo do
processo de fabricação.
Com relação aos parâmetros do processo de trefilação, destacam-se as seguintes deformações:
• deformação radial, calculada por meio da seguinte fórmula: , ou seja, a deformação radial ( ) é 
obtida pelo logaritmo natural da divisão entre o raio final ( ) e o raio inicial ( );
• deformação tangencial, calculada por: . Isso significa dizer que a deformação 
tangencial ( ) é obtida pelo logaritmonatural ( ) da divisão entre o comprimento final ( ) e o 
comprimento inicial ( ), que é igual ao logaritmo natural da divisão entre duas vezes o raio final ( ) 
multiplicado por e duas vezes o raio inicial ( ) multiplicado por . Isso, por sua vez, pode ser igual ao 
logaritmo natural da divisão entre o raio final ( ) e o raio inicial ( ). Logo, podemos afirmar que a 
deformação radial ( ) é igual à deformação tangencial ( );
• deformação longitudinal, obtida com: , ou seja, a deformação longitudinal ( ) é obtida por 
meio do logaritmo natural da divisão entre a largura final ( ) e a largura inicial ( ).
Diante disso, a deformação da área será dada por:
Assim, a deformação da área ( ) é obtida pelo logaritmo natural da divisão entre a área inicial ( ) e a área final
( ).
Outro parâmetro muito importante é a , estabelecida por:velocidade de deformação
Nesse caso, é a velocidade de deformação; é a velocidade da barra antes de sua entrada na fieira; é o raio
inicial; é o raio final.
•
•
•
- -22
Nesse caso, o raio ( ) é calculado por:
Isso significa dizer que o raio ( ) é o resultado da multiplicação do valor negativo da tangente do ângulo da trefila
( ) pelo comprimento ( ) somado ao raio inicial ( ).
Com relação à , podemos obtê-la por meio da seguinte equação, na qual é a força deforça de trefilação
trefilação; é a tensão de escoamento média; é a área de saída após a passagem pela fieira; é a
deformação da área; é o coeficiente de atrito; e é o meio ângulo da fieira:
Por fim, para obtermos o valor representativo do trabalho de trefilação, devemos utilizar a equação:
Nesse caso, é o trabalho; é a tensão de escoamento média; é o volume; é o coeficiente de atrito; é o
meio ângulo da fieira; e é a deformação da área.
Conclusão
Ao longo desta unidade, conhecemos quatro processos específicos de conformação mecânica, a saber, a
laminação, o forjamento, a extrusão e a trefilação. Como pudemos observar, cada um desses processos tem suas
próprias características e parâmetros, bem como permite conformações específicas para a obtenção de objetos
variados.
Nesta unidade, você teve a oportunidade de:
• conhecer o processo de laminação, observando como são obtidos objetos por meio desse processo e os 
Vamos Praticar!
Para um passe de laminação, calcule a velocidade de deformação média. Para isso,
considere a seguinte equação:
Além disso, considere que que representa a deformação logarítmica, é de 603; , que
diz respeito à velocidade tangencial do cilindro, é de 2 m/s; e , isto é, o arco de
contato, é de 54,94 mm.
Com esses valores em mãos, podemos utilizar a fórmula anteriormente apresentada.
Assim, trocando os valores, teremos:
Dessa forma, o valor da deformação de altura é igual a 21,95 s-1.
•
- -23
• conhecer o processo de laminação, observando como são obtidos objetos por meio desse processo e os 
seus respectivos parâmetros;
• compreender as características e definições relacionadas ao processo de forjamento, bem como seus 
principais parâmetros;
• inteirar-se acerca das definições e das classificações relacionadas aos processos de trefilação e de 
extrusão;
• calcular parâmetros importantes relacionados aos diferentes processos de conformação mecânica.
Referências
ARAUJO, L. A. D. : transformação. 2. ed. SãoManual de siderurgia
Paulo: Arte & Ciência, 1997. 2 v.
BARROS, V. A. Cálculo de ações sobre a tensão aplicada à tira em
face a distúrbios na espessura de entrada de uma cadeira de
. 2006. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado emlaminação
Engenharia Elétrica) — Universidade Federal do Espírito Santo,
Vitória, 2006.
BÖRDER, C. Análise do coeficiente de atrito no ensaio do anel
. 2005. Dissertação (Mestrado empara o forjamento à quente
Engenharia Automotiva) — Escola Politécnica, Universidade de São
Paulo, São Paulo, 2005.
BRITO, A. M. G. Análise teórico-experimental dos processos de expansão e inversão de extremidades de
. 2006. Tese (Doutorado em Engenharia de Minas, Metalúrgica e dos Materiais)tubos de parede fina em matriz
— Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2006.
BUTTON, S. T. . São Paulo: Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais, 2007.Trefilação
CALLISTER, W. : uma introdução. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2002.Ciência e engenharia de materiais
CARVALHO, A. O. Análise da dinâmica do processo de roscamento por conformação da liga de Magnésio
. 2011. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) — Programa de Pós-Graduação em EngenhariaAM 60
Mecânica, Universidade Federal de São João Del-Rei, São João Del-Rei, 2011.
CHIAVERINI, V. : processos de fabricação e tratamento. 2. ed. São Paulo: McGraw-Hill,Tecnologia mecânica
1986.
CHOE, I. J. . Mechanical properties of acrylonitrile–butadiene–styrene copolymer/poly (l-lactic acid) blendset al
and their composites. , Hoboken, v. 131, n. 11, 2014.Journal of Applied Polymer Science
CODA, R. C. : produtos longos de aços laminados a quente. Porto Alegre: Laboratório deLaminação
Transformação Mecânica da UFRGS, 2006.
COSTA, C. E. . Influência das variáveis de conformação nas características estruturais e propriedadeset al
mecânicas de liga de alumínio P/M extrudada. , São Paulo,Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineração
v. 2, n. 3, p. 48-52, 2006. Disponível em: https://tecnologiammm.com.br/article/10.4322/tmm.00203010/pdf
. Acesso em: 14 dez. 2020./1573492069-2-3-48.pdf
DIETER, G. E.; HOWARD, A. K.; SEMIATIN, S. L. . Ohio: ASMHandbook of workability and process design
International, 2003.
DOEGE, E.; BOHNSACK, R. Closed die technologies for hot forging. ,Journal of Materials Processing Technology
•
•
•
•
https://tecnologiammm.com.br/article/10.4322/tmm.00203010/pdf/1573492069-2-3-48.pdf
https://tecnologiammm.com.br/article/10.4322/tmm.00203010/pdf/1573492069-2-3-48.pdf
- -24
DOEGE, E.; BOHNSACK, R. Closed die technologies for hot forging. ,Journal of Materials Processing Technology
Amsterdam, v. 98, n. 2, p. 165-170, 2000.
GARDNER, L.; SAARI, N.; WANG, F. Comparative experimental study of hot-rolled and cold-formed rectangular
hollow sections. , [ ], v. 48, n. 7, p. 495-507, 2010.Thin-Walled Struct S. l.
INCRÍVEL processo de fabricação de lâminas de aço e outros métodos de produção modernos. [ : ], 2020. 1S. l. s. n.
vídeo (10 min). Publicado pelo canal Tantum Tech HD. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?
. Acesso em: 9 dez. 2020.v=hWvZJ-gdHok
KIMINAMI, C. S.; OLIVEIRA, M. F.; CASTRO, W. B. Introdução aos processos de fabricação de produtos
. 1. ed. São Paulo: Blucher, 2013.metálicos
KOBAYASHI, S.; OH, S.; ALTAN, T. . New York: Oxford UniversityMetal forming and the finite-element method
Press, 1989.
MILANEZ, A. . 2006.Estudo da calibração de barras chatas laminadas a quente em um laminador trio
Dissertação (Mestrado em Engenharia de Minas, Metalúrgica e dos Materiais) — Escola de Engenharia,
Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2006.
MORAES, A. S. . 2010.Estudo teórico-experimental da calibração de barras redondas laminadas a quente
Dissertação (Mestrado em Engenharia de Minas, Metalúrgica e dos Materiais) — Escola de Engenharia,
Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2010.
MÜLLER, A. Introdução histórica aos processos de forjaria e cutelaria e estudo de casos do RGSUL. :In
CONFERÊNCIA INTERNACIONAL DE FORJAMENTO, 14., 2010, Porto Alegre. [...]. Porto Alegre: UFRGS,Anais
2010.
NUNES, R. M. Estudo de distorção de barras cilíndricas de aço ABNT 1045, em uma rota de fabricação
. 2012. Tese (Doutorado em Engenharia de Minas,envolvendo trefilação combinada e têmpera por indução
Metalúrgica e dos Materiais) — Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre,
2012.
QUELHO, P. E. Q. Desenvolvimento de extrusora experimental e software para controle e supervisão das
. 2018. Dissertação (Mestrado Profissional em Materiais) — Centro Universitáriovariáveis de extrusão do ABD
de Volta Redonda, Volta Redonda, 2018.
ROCHA, C. R. . Novel ABS-based binaryand ternary polymer blends for material extrusion 3D printing. et al
, Cambridge, v. 29, n. 17, p. 1859-1866, 2014.Journal of Materials Research
SANTOS, C. C. .Influência de parâmetros de processo no empenamento de barras trefiladas do aço 9254
2008. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Minas, Metalúrgica e dos Materiais) — Escola de Engenharia,
Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2008.
SCHAEFFER, L. : introdução ao processo. Porto Alegre: Editora Imprensa Livre, 2001.Forjamento
SCHAEFFER, L. . Porto Alegre: Editora Imprensa Livre, 2016.Manufatura por conformação mecânica
SIMSIR, C.; GÜR, C. H. A new framework for simulation of heat treatments. International Journal of
, [ ], v. 5, n. 4/5, p. 399-411, 2010.Microstructure and Materials Properties S. l.
YANG, R. . New York: CRC Press, 2018.Analytical methods for polymer characterization
https://www.youtube.com/watch?v=hWvZJ-gdHok
https://www.youtube.com/watch?v=hWvZJ-gdHok
	Introdução
	2.1 Processo de laminação
	2.1.1 Características do processo de laminação
	Você quer ver?
	2.1.2 Parâmetros fundamentais do processo de laminação
	Teste seus conhecimentos
	2.2 Processo de forjamento
	2.2.1 Características do processo de forjamento
	Você quer ler?
	2.2.2 Parâmetros fundamentais do processo de forjamento
	Você o conhece?
	Teste seus conhecimentos
	2.3 Processo de extrusão
	2.3.1 Características do processo de extrusão
	Você sabia?
	2.3.2 Parâmetros fundamentais do processo de extrusão
	2.4 Processo de trefilação
	2.4.1 Características do processo de trefilação
	Vamos Praticar!
	Conclusão
	Referências