L'influenza della foratura sequenziale e dei parametri di lavorazione sulla formazione di fibre non tagliate e sul danno da delaminazione nei compositi rinforzati con fibre

Perché i fori piccoli contano nelle strutture grandi

Gli aerei moderni, le automobili e le turbine eoliche si affidano a materie plastiche rinforzate con fibre—materiali leggeri costituiti da fibre di vetro o di carbonio legate tra loro con resina. Questi materiali sono resistenti, ma diventano fragili quando si deve praticare fori per bulloni e fissaggi. Un semplice passaggio di foratura può strappare gli strati o lasciare filamenti di fibra all'interno del foro, indebolendo silenziosamente una parte critica. Questo studio esplora come praticare fori più puliti e più resistenti in piastrine di vetroresina scegliendo con cura il diametro della punta, la sequenza di foratura e le impostazioni della macchina.

Strati, fibre e danni indesiderati

I compositi rinforzati con fibre sono costruiti come una pila di sottili tele imbevute di adesivo. Quando una punta rotante attraversa questa pila può separare gli strati, un problema noto come delaminazione, e può anche lasciare fasci di fibre non tagliate all'interno del foro. Entrambe le tipologie di danno riducono la capacità portante della parte prima della rottura. Gli autori si sono concentrati su un laminato comune in fibra di vetro composto da sette strati tessuti di fibre di vetro legati con epossidica. Hanno realizzato grandi pannelli piani, li hanno tagliati in provini di prova e quindi hanno praticato fori in molte condizioni diverse, imitando le modalità di produzione industriale delle parti reali.

Provare un approccio di foratura passo dopo passo

La prima domanda era se la foratura “sequenziale”—utilizzare una serie di punte piccole, poi medie, poi della dimensione finale—potesse ridurre i danni rispetto alla foratura a misura piena in un unico passaggio. Utilizzando una fresatrice controllata numericament,e il team ha praticato fori di diametro 7 e 10,1 millimetri con una, due o tre punte in sequenza, mantenendo costanti avanzamento e velocità di rotazione. Hanno poi fotografato il fronte e il retro di ogni foro e utilizzato software di analisi delle immagini per misurare quanto dell'area circostante si fosse scollata e quanto della superficie del foro fosse ricoperta da fibre non tagliate.

Come velocità e spinta cambiano la qualità del foro

Successivamente, i ricercatori hanno variato le impostazioni chiave della macchina: la velocità di avanzamento (quanto velocemente la punta viene spinta nel materiale) e la velocità del mandrino (quanto velocemente ruota). Hanno testato tre livelli di avanzamento dal molto lento al piuttosto veloce e tre velocità di rotazione dal basso all'alto, per entrambe le dimensioni di foro. Per ogni combinazione hanno misurato nuovamente la delaminazione e le fibre non tagliate all'ingresso e all'uscita del foro. Hanno anche eseguito prove di flessione a tre punti—supportando ogni striscia alle estremità e premendo al centro—per valutare quanta forza i provini forati potevano sopportare prima della rottura e come questo fosse correlato ai danni attorno al foro.

Cosa hanno rivelato le immagini e le prove di flessione

Le misure visive hanno mostrato uno schema chiaro. La foratura in più passaggi con punte via via più grandi ha ridotto la delaminazione sia sulla faccia anteriore che su quella posteriore della piastra. Tuttavia, questa strategia tendeva ad aumentare la quantità di fibre non tagliate all'ingresso, dove l'estrazione ripetuta dello utensile sembrava tirare le fibre verso l'alto lasciandole senza supporto. Sul lato di uscita, lo stesso approccio step‑by‑step ha aiutato a rimuovere le fibre in modo più completo e ha ridotto il danno da fibre non tagliate. Separatamente, velocità di avanzamento più elevate—spingendo la punta più rapidamente—hanno peggiorato costantemente sia la delaminazione sia le fibre non tagliate, mentre velocità del mandrino più alte—facendo ruotare la punta più velocemente—hanno ridotto entrambi i tipi di danno. Confrontando queste misure con le prove di flessione, i campioni con meno danni attorno ai fori sopportavano carichi maggiori, con la forza di frattura migliorata fino a circa il 18 percento nelle migliori condizioni di foratura.

Lezioni pratiche per componenti più sicuri e leggeri

In termini pratici, lo studio dimostra che il modo in cui si fora un componente in vetroresina influenza fortemente quanto quel componente sarà resistente. L'uso di più diametri di punta in sequenza può proteggere la struttura stratificata dallo scollamento, soprattutto sulla faccia di uscita, sebbene possa lasciare più fibre libere all'ingresso. Spingere la punta troppo forte (alto avanzamento) è dannoso, mentre farla ruotare più velocemente tende a essere più delicato sul materiale. Combinando una strategia di foratura passo‑passo con velocità di avanzamento moderate e velocità di rotazione più elevate, i produttori possono ottenere fori più puliti che preservano maggiormente la resistenza del composito—un guadagno importante per aerei, veicoli e altre strutture dove ogni grammo e ogni margine di sicurezza contano.

Citazione: 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

Parole chiave: foratura dei compositi, laminati in fibra di vetro, danno da delaminazione, parametri di lavorazione, fibre non tagliate