processos de fabricação ii - conformação - parte 1 - rev(1)
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7/21/2019 Processos de Fabricao II - Conformao - Parte 1 - REV(1)
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CURSO DE ENGENHARIA MECNICACURSO DE ENGENHARIA MECNICA
DISCIPLINA: Processos de Fabricao II
PROFESSOR: Humberto Farneze
PROCESSOS DE CONFORMAO
PARTE 1
CENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICACELSO SUCKOW DA FONSECAUnED Itagua
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DEFINIOModificao da forma de um corpo para outra, pr-definida, com geometria e
dimenses controladas, pela aplicao de esforo mecnico.
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Na fabricao mecnica, aproximadamente 80% de todos os produtos so submetidos
conformao em um ou mais estgios do processo de fabricao.
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CLASSIFICAO DOS PROCESSOS DE CONFORMAO
Quanto ao tipo de esforo predominante: Compresso direta (forjamento e laminao) Compresso indireta (trefilao, extruso, embutimento)
Trao (estiramento de chapas) Flexo ou dobramento (dobramento e calandragem)
Cisalhamento (corte de chapas)
Quanto temperatura de trabalho: Trabalho mecnico a frio (cold working) Trabalho mecnico aquecido (warm working)
Trabalho mecnico a quente (hot working)Trabalho isotrmico (Isothermal forming)
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Trabalho Mecnico a Frio (Cold Working)-Temperatura ambiente ou levemente aquecido- Encruamento
- Preciso dimensional
- Qualidade superficial e dimensional- Empregado para produtos acabados
- Equipamentos e ferramentas mais robustos- Maiores potncias
Trabalho mecnico a morno (warm working)- Aquecimento abaixo da temperatura de recristalizao, mas superior a 0,3.Tf- Deformao plstica facilitada com o aumento da temperatura
- Menor necessidade de potncia, comparado ao trabalho a frio- Geometrias mais complexas
- Necessidade de recozimento minimizada ou eliminada
- Rene caractersticas dos trabalhos mecnicos a frio e a quente
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Trabalho mecnico a quente (Hot working)- Aquecimento acima da temperatura de recristalizao e abaixo de Tf ( TR < T < 0,7 Tf)- Sem encruamento
- Aplicado a produtos semi-acabados (grandes deformaes)
- Menor qualidade superficial e dimensional- Oxidao
- Menor necessidade de potncia- Aplicvel a materiais frgeis
Trabalho isotrmico (Isothermal working)- Trabalho a quente, com pea e ferramenta com temperaturas prximas- Minimiza a transferncia de calor entre pea e ferramenta
- Vida da ferramenta menor- Aplicado a materiais que apresentem dureza a quente (aos rpidos, ligas de titnio e
certas ligas de nquel)
- Algumas vezes realizado a vcuo
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Os processos de conformao, especialmente a laminao, so frequentementeutilizados como tratamentos termomecnicos dos materiais. O controle das
variveis como taxa e magnitude de deformao, em conjunto com o ciclo
trmico imposto, o segredo para a construo das propriedades do ao.
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Outros Critrios de Classificao
Quanto forma do produto final Chapas, perfis: Laminao, Estampagem Tubos e fios: Trefilao, extruso
Quanto ao tamanho da regio deformada Deformao localizada: Laminao, Trefilao e Extruso Deformao generalizada: estampagem profunda e forjamento
Quanto ao tipo de fluxo de deformao Fluxo contnuo ou quasi-estacionrio (movimento constante):Laminao,Trefilao e Extrusoa quente Fluxo intermitente: Estampagem e Forjamento
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ATRITO E LUBRIFICAO
Uma das foras predominantes
Desgaste da ferramenta ou matrizDefeitos de forma ou dimenso
Dificulta o fluxo do metal
Aumenta a exigncia de potncia para a conformaoFat = . N
Fora normal atinge grandes intensidadesMaterial aquecido e no regime plstico: altos valores de coeficiente de atrito
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O atrito exerce grande influncia nas operaes de conformao plstica, no podendo ser
desprezado em muitos casos. Em geral, o atrito excessivo entre as ferramentas e o materialconformado tem efeito negativo sobre a trabalhabilidade, uma vez que pode provocar
superaquecimento, aderncia metal-ferramenta, modificao do estado de tenses, ocorrncia
de trincas e defeitos superficiais e aumento da carga (fora) necessria para conformao.
Lubrificantes- Trabalho a frio: leos minerais, emulses a base de gua, sabes- Trabalho a quente: leos minerais, grafite e vidro fundido
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DEFORMAO PLSTICA DOS METAIS
Solicitaes mecnicas acima do limite de escoamento do material: deformao
permanenteDois mecanismos:
- Escorregamento- Maclao
Deformao por escorregamento
- Esforos de cisalhamento (trao oucompresso)
- Deslizamento de blocos cristalinos, uns
sobre os outros Clculos demonstram que a energia
necessria seria mais alta do que ocorre
na realidade
- Mecanismo mais real: Escorregamento
por movimento de discordncias
(PRINCIPAL)13
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Deformao por maclao (maclagem)- Inclinao de parte do reticulado cristalino a partir de um plano, formando configuraesespeculares
- Maclao mais comum em CCC e HC: cargas de choque e temperaturas decrescentes
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Deformao plstica: movimentao de discordncias (mecanismo mais comum)
-Multiplicao de discordncias durante a deformao- Acmulo de discordncias: aumento da resistncia
- Presena de impurezas e/ou elementos de liga: idem
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DEFORMAO EM ESTRUTURAS POLICRISTALINAS
Resposta a esforos mecnicos mais complexa e com maior dificuldade de previso do que
para monocristais
Fatores de maior influncia:- Contornos de gro
- Poligonizao
- Solues slidas
- Segundas fases
Contornos de gro
- Regio de transio entre gros: estrutura
deformada, maior energia, maiores espaosinteratmicos
- Movimento de discordncias dificultado: grosapresentam diferentes orientaes cristalinas
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Quanto maior for a quantidade de contornos de gro, ou quanto menor o tamanho
do gro, maior a resistncia do material deformao
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Poligonizao
Formao desubgrosno interior de um gro pelo movimento e acmulo de discordncias, gerando
obstculos para a posterior movimentao das mesmas.
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Solues slidas
Solues slidas, intersticiais ou substitucionais, provocam o tensionamento da estrutura cristalina
pela distoro da mesma, dificultando o movimento das discordncias.
Segundas fases
A precipitao de fases na matriz metlica pode apresentar influncia sobre a resposta do material solicitaes mecnicas. O tipo de precipitado, quantidade, forma e tamanho das partculas tem papel
preponderante. Exemplo clssico: envelhecimento e
super-envelhecimento.
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ENCRUAMENTO Elevao da resistncia do material deformao plstica Influenciado por diversos fatores:- Tipo de estrutura cristalina- Composio qumica
- Grau de pureza
- Orientao cristalina dos gros
- Temperatura
- Forma e tamanho dos gros- Condies superficiais dos gros
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O encruamento produz deformao da estrutura cristalina e modificao das propriedadesdo material
A movimentao de discordncias se torna mais intensa durante o processo de encruamento,com acmulo das mesmas em determinadas regies, tais como contornos de gro e precipitados
A condutividade eltrica e a resistncia corroso diminuem
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Ocorre aumento no nmero de discordncias:
- Metal no estado recozido: 106 a 108 discordncias / mm2- Metal severamente encruado: 1012 discordncias / mm2
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RECRISTALIZAO Temperatura de recristalizao (ou recozimento): 50%Tf Eliminao do encruamento (e de seus efeitos)
Tratamento trmico de recozimento: 3 etapas
- Recuperao
- Recristalizao- Crescimento de gro
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RECRISTALIZAOAlterao intensa da microestrutura (nucleao de cristais que absorvem os grosdeformados)Recuperao de todas as propriedades
CRESCIMENTO DE GROAumento do tamanho e diminuio do nmero de gros do materialFenmeno indesejvelMovimentao de tomos em direo s superfcies cncavas dos contornos degro (maior estabilidade)Gros menores: maior convexidade
Proporcional temperaturaA diminuio da temperatura diminui ouinterrompe o processo, mas no o inverte
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FATORES DE INFLUNCIA SOBRE A RECRISTALIZAO
Percentual de deformao (ou encruamento) inicial
Temperatura e tempo temperatura
Tamanho de gro inicial
Composio qumica
Quanto menor for o percentual de encruamento, maior deve ser a temperatura para
ocorrer a recristalizao
Tempos maiores exigem menores temperaturas para a recristalizao, e vice-versa
Altos nveis de encruamento e pequenas temperaturas produzem estruturas refinadas
O grau de pureza do metal inversamente proporcional temperatura: quanto mais
puro o metal, menor a temperatura necessria para a recristalizaoLigas do tipo soluo slida apresentam maiores temperaturas de recristalizao
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TEXTURA E ANISOTROPIA
Textura: orientao preferencial dos planos cristalogrficos da estrutura
policristalina na direo de mxima deformao.
A ocorrncia de textura em um metal produz diferentes nveis de propriedadesmecnicas em funo do sentido do esforo mecnico e orientao cristalina.
Em outras palavras, um material texturizado apresenta comportamento
anisotrpico.
A forma mais comum e utilizada para a determinao da textura de um metal
a tcnica de difrao de raios-X.
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Entre os fatores que afetam a ocorrncia de textura em estruturascristalinas de metais, pode-se citar:
- Tipo de estrutura cristalina
- Composio qumica do metal
- Grau de deformao
- Temperatura de trabalho
- Existncia de textura prvia
- Processo de conformao: modo de escoamento, estado de tenses
A ocorrncia de textura evidencia variaes no mdulo de
elasticidade, limite de escoamento, elongao e outras propriedades
relacionadas deformao plstica.
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Um material isotrpico (no texturizado) apresenta deformabilidade igual emtodas as direes.
A deformabilidade do material determinada, via de regra, em ensaios de
trao onde se ensaia o material em diferentes direes referentes direo
de alinhamento da estrutura cristalina.
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ndice (ou coeficiente) de anisotropia plstica (R): razo entre e deformao nalargura (w) e na espessura (t)
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ndice (ou coeficiente) de anisotropia mdio: resistncia ao afinamento
durante a estampagem.
Um valor de ndice de anisotropia mdio maior do que 1 indica que a
deformabilidade da chapa na direo da espessura menor do que nalargura, o que vantajoso para operaes de embutimento (chapa reforada
por textura). No caso contrrio, diz-se que a chapa est amolecida por
textura. Metais do tipo CCC, como o ao, atingem valores at 2,0. Metais
HC, como o titnio, atingem valores da ordem de 5 a 6.
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ndice (ou coeficiente) de anisotropia planar: probabilidade de formao deorelhas durante o embutimento profundo.
Um material isotrpico apresentaria R0 = R45 = R90 =1. Quandoesta relao se apresenta diferente de 1, tem-se a anisotropianormal. Quando estes valores diferem entre si podero ocorrer
problemas de orelhamento no embutimento profundo.
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A ocorrncia de textura no metal pode ser utilizada a favor do
projeto e fabricao de equipamentos. Um exemplo seria a utilizao
de chapas finas de ferro-silcio na fabricao de transformadores deenergia, onde a orientao da estrutura cristalina minimiza as perdas
de energia. No embutimento profundo, a maior resistncia da chapa
na direo da espessura diminui o risco de afinamento das paredes.Por outro lado, pode causar o surgimento de orelhas nas chapas
embutidas.
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O termo forjamento utiliza-se para designar a famlia de processostecnolgicos de deformao plstica na massa para os quais a alteraode forma realizada atravs das foras de compresso exercidas por
ferramentas atuadas pormartelos de queda ou por prensas hidrulicas,mecnicas ou de frico.
H dois grandes grupos de processos de forjamento:-Forjamento em matriz aberta este grupo integra as operaes deforjamento em que o escoamento do material no , ou apenas ligeiramente,constricto lateralmente. As matrizes possuem geometrias simples.
-Forjamento em matriz fechada este grupo integra as operaes deforjamento em que o escoamento do material constrangido lateralmente.
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Grande importncia industrial
Variados setores industriais (automobilstico, aeroespacial, etc.)
A mais antiga forma de transformao de metais ( 5.000 A.C.)Maioria das operaes: a quente
Forjamento a frio (tenacidade; encruamento)
Lato, alumnio, aos-carbono, aos-liga, aos ferramenta,
inoxidveis, titnio e cobre.
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ETAPAS DA PRODUO DE PEAS FORJADAS:
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Ferramentas planas ou de formato
simples
Escoamento perpendicular aplicaoda foraPeas de grandes dimenses ou pr-
conformaoProduo em pequena escala
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Forjamento em Matriz Fechada
Fatores importantes a serem considerados nafabricao de matrizes para forjamento:
- Concordncia de cantos: evitar cantos vivos, paraque no haja trincamento, tanto da pea forjada,quanto da prpria matriz;- ngulos de sada de 5 a 8o.
- Sobremetal para usinagem, devido oxidao edescarbonetao superficial- Sistema de alinhamento das sedes.- Exemplos de mateirais empregados: aoferramenta para trabalho a quente (srie H), ou ao
ferramenta resistente ao choque (srie S).
Fonte: Notas de Aula - Prof. Srgio Souto Maior - UFF 44
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Utiliza moldes (matrizes) usinados para conferir
forma desejada pea
Matriz bi-partida
Geometrias mais complexasBoa tolerncia dimensional
Custo elevado da matriz (altas taxas deproduo)Forjamento em etapas: matrizes usinadas em
um mesmo bloco
Calhas para rebarba
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Rebarba
Rebarba atua como vlvula de segurana: controla a presso no
interior da matriz.
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MQUINAS PARA FORJAMENTO
Classificadas de acordo com o princpio de operao:
- Martelos
- Prensas
Martelos de forjamento
- Carga fornecida pelo impacto de massa cadente- Gravidade ou gravidade + acelerao adicional
- Converso de energia cintica em mecnica
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Martelo de queda livre
- Base com colunas, fixada ao piso
- Sistema de elevao da massa cadente at a altura
desejada- Mecanismo de elevao operado por pedais
(operador tem as mos livres)
- Elevao por ar comprimido ou rolos de atrito e
prancha
- 60 a 150 pancadas/minuto
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Martelo de dupla ao (martelo mecnico)
- Peso da massa + fora adicional
- Ar comprimido ou vapor- Carga pode chegar a at 20 vezes o peso da
massa cadente (regulvel)
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Martelo de contragolpe- Duas massas colidindo no meio do percurso,
com mesma energia
- Energia do impacto no dissipada no piso:
maior eficincia de absoro de energia pela
pea
- Menores vibraes: tolerncias mais
precisas- Maiores despesas com manuteno e
alinhamento
- Impossibilidade de manipulao da pea
durante o forjamento
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PRENSAS PARA FORJAMENTO
- Mecnicas ou hidrulicas
- Menos utilizadas (custo maior)- Aplicao de carga lenta e progressiva
- Vida til das matrizes mais longa
- Maior tempo de contato entre pea e matriz: maiores perdas de calor- Taxas de produo similares aos martelos: fora maior, velocidade menor
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PRENSAS MECNICAS
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PRENSAS HIDRULICAS
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TRATAMENTOS TRMICOS
- Prtica comum ps-forjamento
- Remoo ou minimizao de tenses internas
- Homogeinizao de propriedades e estrutura
- Melhoria de usinabilidade- Recozimento e normalizao
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Fonte: Notas de Aula - Prof. Srgio Souto Maior - UFF 60
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A laminao um processo de deformao plstica no qual o material
forado a passar entre dois rolos (cilindros) que rodam no sentido oposto, com
a mesma velocidade perifrica, e esto distanciados entre si de um valor
inferior espessura do material que vai ser deformado. A propulso do
material durante a laminao feita pelas foras de atrito, embora possamtambm ser aplicadas foras exteriores criando tenses frente e r.
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Laminao a Quente
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Laminao a Quente
Lingotes fundidos
Placas e tarugos
Temperatura superior temperatura de recristalizao do material
Operaes iniciais (Desbaste) Grandes deformaes
Grandes dimenses
geometrias complexas Recuperao da estrutura
Ausncia de encruamento
Baixa preciso dimensional
Baixo acabamento superficial Casca de xidos (carepa)
Produtos semi-acabados
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Laminao a Frio
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Laminao a Frio
Matria-prima: chapas e barras laminadas a quente
Aplicado a peas semi-acabadas
Pequenas deformaes
Operaes de acabamento
Temperatura abaixo da temperatura de recristalizao do material
Melhor acabamento superficial
Superfcies regulares Melhor preciso dimensional e geomtrica
Encruamento
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Terminologia
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Terminologia
Bloco: Seo quadrada, 36 pol2 (23.225
mm2), produto de primeira reduo
Tarugo: Seo retangular, resultado depassagem posterior.
Placa: Seo retangular, rea maior do que 16
pol2, largura pelo menos 3 vezes maior do que a
espessura. Chapa: Seo retangular, espessura maior do
que 1/4 de pol.
Folha, chapa fina ou tira laminada:Espessura menor do que 1/4 de pol. Tiras, em
geral, tem largura inferior a 24 polegadas
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Laminadores
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LaminadoresLaminador de dois rolos (duo e duo-reversvel): composto de dois
cilindros de eixo horizontal, com o mesmo dimetro, colocados verticalmente
um sobre o outro e rodando em sentidos opostos com a mesma velocidade. O
laminador diz-se reversvel no caso em que os cilindros possam inverter o seusentido de rotao. A reversibilidade uma caracterstica que faz com que se
possa aumentar significativamente a produtividade.
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Laminador de trs rolos (trio): Neste laminador o material passa inicialmente
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Laminador de trs rolos (trio): Neste laminador o material passa inicialmente
entre os cilindros superior e mdio e retorna para passar entre os cilindros mdio einferior. A passagem do material de um conjunto de cilindros para o outro geralmente efetuada por meio de mesas elevatrias ou basculantes.
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Laminador quadruo: Este tipo de laminador composto por quadro rolos
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Laminador quadruo: Este tipo de laminador composto por quadro rolos
colocados verticalmente uns sobre os outros. Os rolos de trabalho possuem umdimetro menor do que os rolos de suporte (ou de encosto). Esta configurao
minimiza os efeitos decorrentes da flexo dos rolos de laminao, induzida pela
fora de separao.
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L i d S d i i Q d l d t b lh it d fl ti
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Laminador Sendzimir: Quando os rolos de trabalho so muito pequenos podem fletir
tanto na direo vertical como na direo horizontal, devendo, por isso, ser apoiados,
em ambas as direes. Assim, a concepo do laminador Sendzimir tem por objetivo
melhorar o desempenho j conseguido com os laminadores de 4 rolos, principalmente
laminao de chapas finas e/ou de materiais de alta resistncia mecnica.
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Laminadores de produtos no planos: Englobam-se neste grupo todos os laminadores
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p p g g p
que so utiizados na produo de produtos no planos, tais como perfis estruturais,barras redondas e quadradas, trilhos e tubos.
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