A influência da furação sequencial e dos parâmetros de usinagem na formação de fibras não cortadas e no dano por delaminação em compósitos reforçados com fibra

Por que furos minúsculos importam em estruturas grandes

Aviões, carros e turbinas eólicas modernos dependem de plásticos reforçados com fibras — materiais leves feitos de fibras de vidro ou carbono unidas por resina. Esses materiais são fortes, mas também sensíveis quando se trata de fabricar orifícios para parafusos e fixadores. Um simples passo de furação pode arrancar camadas ou deixar filamentos de fibra pendurados dentro do furo, enfraquecendo discretamente uma peça crítica. Este estudo investiga como furar buracos mais limpos e mais resistentes em chapas de fibra de vidro, escolhendo cuidadosamente o diâmetro da broca, a sequência de furação e as configurações da máquina.

Camadas, fibras e danos indesejados

Compósitos reforçados com fibra são construídos como uma pilha de finas folhas têxteis embebidas em adesivo. Quando uma broca giratória atravessa essa pilha, pode separar as camadas — um problema chamado delaminação — e também deixar feixes de fibras não cortadas dentro do furo. Ambos os tipos de dano reduzem a carga que uma peça pode suportar antes de falhar. Os autores focaram em um laminado comum de fibra de vidro composto por sete camadas têxteis coladas com epóxi. Eles fabricaram painéis planos grandes, cortaram-nos em tiras de ensaio e então furaram orifícios sob muitas condições diferentes, imitando a forma como peças reais são produzidas na indústria.

Experimentando uma abordagem de furação passo a passo

A primeira pergunta foi se a furação "sequencial" — usando uma série de brocas pequenas, depois médias e por fim do tamanho final — poderia reduzir o dano em comparação com furar diretamente no diâmetro final em uma única passada. Usando uma máquina de fresagem controlada por computador, a equipe furou orifícios de 7 e 10,1 milímetros de diâmetro com uma, duas ou três brocas em sequência, mantendo a velocidade de avanço e a rotação fixas. Em seguida, fotografaram a frente e a parte traseira de cada furo e usaram software de análise de imagem para medir quanto da área circundante havia se descolado e quanto da superfície do furo estava coberta por fibras não cortadas.

Como velocidade e avanço alteram a qualidade do furo

Em seguida, os pesquisadores variaram os principais parâmetros da máquina: a velocidade de avanço (quão rápido a broca é empurrada para dentro do material) e a velocidade do spindle (rotações por minuto). Testaram três níveis de avanço, do muito lento ao bastante rápido, e três velocidades de rotação, do baixo ao alto, para ambos os diâmetros. Para cada combinação, mediram novamente a delaminação e as fibras não cortadas na entrada e na saída do furo. Também realizaram ensaios de flexão em três pontos — apoiando cada tira nas extremidades e aplicando carga no meio — para ver quanta força as peças furadas podiam suportar antes de quebrar e como isso se relacionava com os danos ao redor do furo.

O que as imagens e os ensaios de flexão revelaram

As medições visuais mostraram um padrão claro. A furação em etapas com várias brocas de diâmetro progressivamente maior reduziu a delaminação tanto na face anterior quanto na posterior da placa. Contudo, essa estratégia tende a aumentar a quantidade de fibras não cortadas na entrada, onde o ato repetido de retirar a ferramenta parece puxar as fibras para cima e deixá‑las sem suporte. No lado de saída, a mesma abordagem passo a passo ajudou a remover as fibras de forma mais completa e reduziu o dano por fibras não cortadas. De forma separada, maiores velocidades de avanço — empurrar a broca mais rápido — consistentemente agravaram tanto a delaminação quanto as fibras não cortadas, enquanto maiores velocidades de rotação — girar a broca mais rápido — reduziram ambos os tipos de dano. Ao comparar essas medidas com os ensaios de flexão, as amostras com menos danos ao redor dos furos suportaram cargas maiores, com a força de fratura melhorando em até cerca de 18% sob condições de furação melhores.

Lições práticas para peças mais seguras e mais leves

Em termos práticos, o estudo mostra que a forma como se fura um orifício em uma peça de fibra de vidro afeta fortemente a resistência dessa peça. Usar várias medidas de broca em sequência pode proteger a estrutura em camadas contra o desprendimento, especialmente na face de saída, embora possa deixar mais fibras soltas na entrada. Empurrar a broca com muita força (alto avanço) é prejudicial, enquanto permitir rotações mais altas tende a ser mais suave para o material. Ao combinar uma estratégia de furação passo a passo com velocidades de avanço moderadas e maiores rotações, os fabricantes podem produzir furos mais limpos que preservam mais da resistência do compósito — um ganho importante para aeronaves, veículos e outras estruturas em que cada grama e cada margem de segurança contam.

Citação: Izadi, S.M.H., Mozaffari, A. The influence of sequential drilling and machining parameters on uncut fiber formation and delamination damage in fiber-reinforced composites. Sci Rep 16, 10132 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40786-y

Palavras-chave: furação de compósitos, laminados de fibra de vidro, dano por delaminação, parâmetros de usinagem, fibras não cortadas