ARMI: LE RIGATURE DI UNA CANNA

Il numero delle righe o principi varia da 4 a 8 nelle armi portatili, fino a oltre 70 per artiglierie di grosso calibro.

Nei fucili d’assalto calibro 5,56 mm. il passo è di 305 mm (12 pollici) per la cartuccia M193, mentre con la nuova cartuccia SS 109 il passo è sceso a 178 mm (17").
I proiettili per armi portatili impegnano la rigatura direttamente con il loro mantello duttile mentre i proiettili da artiglieria sono dotati di corone di forzamento generalmente di rame.

La forza che consente l’intaglio del proiettile è fornita dalla pressione iniziale (PI) di combustione della carica.
Una volta impegnate le righe tale sforzo si stabilizza ad un determinato valore, minore di quello iniziale e variabile di caso in caso, dovuto alla deformazione parzialmente elastica del proiettile, cui si oppone la resistenza delle righe, e alla stessa rotazione del proiettile che mantiene il contatto fra i solchi sul mantello e la rigatura della canna, con conseguenti attriti.
In sintesi un proiettile con mantello più spesso e duro farà innalzare la pressione maggiormente, all'inizio della combustione di un proiettile morbido, proprio per il lavoro che i gas devono fare per incuneare il tutto nelle rigature all'inizio della canna. Una volta che il proiettile si è formato nella canna lo sforzo per spostarlo sarà inferiore per un proiettile duro, che una volta formatosi non si deformerà lungo la canna che, per un proiettile morbido che continuerà a fare attrito contro le pareti della canna come un tappo di sughero spinto nel collo di una bottiglia.

Le dissipazioni energetiche dovute agli attriti possono raggiungere valori elevati, riducendo la vita media della canna per usura.
Se D/2 è il raggio del proietnile, si può dire: VR=2 (V/D) tgY dove V è la velocità lineare del proiettile.
Si ha anche: VR= 6,28 V/p dove p è il passo della rigatura.
Il termine VIp fornisce la frequenza di rotazione dei proiettile.

Tralasciando l’intera trattazione teorica si giunge alla conclusione che la pressione normale al fianco di sparo è proporzionale all’area della sezione, alla pressione, alla tangente trigonometrica dell’angolo di inclinazione, alla massa, al quadrato della velocità e allo spostamento lineare misurato a partire dalla culatta.
In particolare nella equazione compare la derivata della tangente trigonometrica dell’inclinazione eseguita rispetto allo spostamento lineare.
Se l’inclinazione è costante e quindi è costante anche la tangente trigonometrica, la derivata si annulla, perché la derivata di una costante è nulla: siamo nel caso della rigatura elicoidale.

Difficilmente ci addentreremo in questi calcoli, semplici sportivi; ma è utile sapere.

Lo scopo della rigatura progressiva è invece quello di avere il termine tangente trigonometrica dell’inclinazione variabile al variare dello spostamento, in modo che sia possibile minimizzare punto per punto il valore della pressione normale.
La rigatura progressiva si propone quindi lo scopo di ridurre il logorio e di evitare la rottura del mantello del proiettile dovuta a pressione troppo elevata con il fianco di sparo.
Di contro il mantello viene deformato dalla diversa inclinazione delle rigature lungo l'asse della canna.
Un esempio illustre di arma a rigatura progressiva è il moschetto modello 1891, tanto caro ai collezionisti italiani, con rigatura a 4 righe destrorse e passo di 390 mm in culatta che si riducono a 190 mm in volata.
Il fucile modello 1891 aveva invece rigatura progressiva destrorsa a 4 righe con passo di 580 mm in culatta e 200 mm in volata.
Naturalente quando l’inclinazione è costante anche il passo lo è, mentre all’aumentare dell'inclinazione il passo diminuisce.
La discussione teorica porta logicamente alla determinazione, per una medesima grandezza, di una fascia di valori, tutti egualmente accettabili e dipendenti dalle ipotesi semplificative introdotte.

Alcuni fra questi valori sono stati standardizzati in tabelle di produzione internazionali e in specifiche militari NAID. La realizzazione della rigatura ha seguito l’evoluzione della tecnologia.
Un metodo tradizionale consisteva nel ricavare nell'anima già alesata della canna i singoli intagli, descrivendo l'elica stabilita mediante guide a corsoio.
Tale sistema, lento e costoso, fu sostituito dalla fabbricazione mediante la lavorazione di brocciatura. L’utensile, la broccia è costituito da una parte cilindrica di diametro uguale al calibro della canna e porta dei risalti elicoidali di altezza progressivamente crescente. Questi risalti sono i veri taglienti che la votano per asportazione di truciolo. L’utensile riga la canna in una sola passata, mantenendo la canna fissa e ben bloccata mentre la broccia esegue un movimento di rototraslazione.
Questo metodo, veloce ed affidabile, ha un unico punto debole nell’elevato costo sia delle macchine che degli utensili.

Per rendere più competitiva la fabbricazione di canne rigate venne introdotto il procedimento della rigatura a stampo. La rigatura a stampo non richiede asportazione ci truciolo con l’incisione dell’anima della canna ma utilizza la modellizzazione per deformazione plastica del metallo attorno ad uno stampo detto mandrino. Tale metodo, già noto prima della II Guerra Mondiale, venne utilizzato dagli inglesi per la realizzazione dell’arma automatica in calibro 9 mm. Parabellum Sten, e, successivamente. dagli americani nella costruzione di grandi quantità di canne per il fucile Springfieid 1903. Il procedimento è simile alla brocciatura ma ora l’utensile non porta taglienti ma risalti.
Tirando e ruotando il mandrino nella canna si determinano i solchi. I mandrini avevano un diametro maggiore del calibro della canna, per compensare la deformazione elastica con conseguente restringimento dovuto al recupero della canna stessa.

Per dare un’idea dell’efficienza di tale procedura di fabbricazione, di cui alcune fasi sono ancora coperte da segreto, si pensi che due uomini su due rigatrici a metodo tradizionale rigavano 25 canne all’ora, mentre con rigatrici a stampo la produzione aumentava a 50 canne all’ora.
Tutti questi metodi sono comunque stati rimpiazzati dalla fucinatura a freddo o rigatura per martellamento.
La rigatura viene eseguita per martellamento, sull’esterno della canna, da due o più serie di quattro martelli radiali posti in movimento vibratorio, mentre la canna viene fatta avanzare e ruotare fra i martelli.
All'interno di essa è posta una spina che può essere liscia, per le armi a canna liscia, o con risalti per le canne rigate. Un solo passaggio attraverso i martelli è sufficiente a finire l’interno della canna mentre l’esterno è facilmente lavorabile per asportazione di truciolo e sottoponibile a trattamento termico.
L’azione di martellamento sfrutta quindi la deformazione plastica del metallo attorno alla spina per creare le righe ma, mentre nella rigatura a stampo è il mandrino ad esercitare l’azione plasmando la parte interna della canna, con la martellatura è la parte esterna della canna a subire la maggior sollecitazione. La fucinatura a freddo tramite martellatrici comporta un allungamento permanente della barra sottoposta a lavorazione, allungamento dovuto allo scorrimento del metallo, perciò la barra grezza deve essere notevolmente più corta e di maggior spessore rispetto alla canna finale lavorata.
Un effetto secondario dell’azione di martellamento è l’incrudimento che si verifica nell’acciaio dovuto alla deformazione permanente del reticolo cristallino; l’incrudimento, generato dallo stato di sforzo interno, aumenta la resistenza meccanica del metallo all’usura, con benefici effetti per la vita della canna.

Una ulteriore evoluzione della rigatura tradizionale è la rigatura poligonale, dove la rotazione del proiettile è ottenuta non da risalti elicoidali, ma dalla variazione elicoidale della sezione retta della canna.
In Questo tipo di rigatura i solchi non presentano profili con angoli più o meno raccordati; la finzione di imprimere una rotazione al proiettile è attribuita a dei lobi ricavati nell'anima della canna, esaminando una sezione retta della canna si nota l’assenza di spigoli nella rigatura. L’intera superficie laterale del proiettile viene impegnata dalla rigatura ed è ovviamente assente ogni forma di intaglio. In realtà l’intera massa del proiettile è interessata dalla deformazione plastica. L’energia associata a tale deformazione è minore di quella richiesta da una rigatura tradizionale, il che comporta una minore dissipazione di energia.
Tale risparmio è però in parte controbilanciato dal fatto che l’intero mantello è a contatto con la superficie della canna.
Comunque la dissipazione energetica è sicuramente inferiore nel caso della rigatura poligonale e ciò comporta un minor surriscaldamento della canna per attrito e di conseguenza una minor usura. Si può quindi affermare che la canna dotata di rigatura poligonale ha una resa migliore all’usura di una con rigatura tradizionale. L’assenza di spigoli vivi e la presenza di ampi raccordi garantiscono una vita media della canna molto lunga, inoltre, essendo a contatto tutto il mantello, si ottiene un aumento della tenuta del proiettile nei confronti dei gas di combustione, miglior tenuta che significa un maggior sfruttamento dell’energia dei gas.

L’energia totale posseduta dai gas può essere vista come la somma di un’energia di pressione e di un’energia cinetica dovuta ai gas in movimento; considerando pressoché nulla la trasmissione di calore attraverso lo spessore della canna nei primissimi istanti dello scoppio, ipotesi accettabile in virtù della brevità della combustione, si capisce come l’energia di pressione si trasformi in energia cinetica trasmessa dai gas ai proiettile. L’unico elemento negativo in questa trasformazione è dovuto alla perdita di pressione che si ha quando una parte dei gas caldi sfugge sfiatando oltre il proiettile.
Ciò comporta molteplici effetti negativi, in particolare una minor energia fornita al proiettile e un notevole aumento della rumorosità dovuta al getto di gas ad altissima pressione e a velocità ipersonica. Da questo punto di vista, quindi, la rigatura poligonale è sicuramente superiore alla rigatura tradizionale. In effetti, da prove effettuate, si è notato come la rigatura tradizionale fornisca prestazioni migliori quando è nuova, mentre la poligonale è già da preferirsi in confronto a canne che mostrano i primi segni di usura. I vantaggi forniti non si manifestano in una maggior precisione quanto, come ripeto, in una più lunga vita della canna. Il materiale con cui viene fabbricata la canna non è sostanzialmente diverso nel caso di rigatura tradizionale e poligonale.

Taluni fabbricanti asseriscono che la mancanza della necessità di mantenere uno spigolo consente l’adozione di acciai al piombo, con caratteristiche autolubrificanti.
La rigatura sinusoidale, adottata dalla pistola mitragliatrice Spectre cal. 9 Para, è una forma particolare di rigatura poligonale, dove i lobi conduttori hanno sezione sinusoidale. Attualmente la rigatura poligonale adottata sempre con passo costante, in canne di varia lunghezza; la troviamo infatti nella costruzione della Heckler & Kock sia civile che militare, nella semiautomatica Desert Eagle in calibro .357 Magnum della Israeliana IMI e, per esempio, anche nella Glock 17, pistola innovativa per l’uso di nuove tecnologie materie plastiche. Un ulteriore vantaggio della rigatura poligonale è nel fatto della mancanza di angoli alla base dei solchi contribuisce non poco a ridurre drasticamente gli accumuli di depositi metallici e di combustione.

Il procedimento di fabbricazione più diffuso per la rigatura poligonale (o prismatica come alcuni autori la chiamano), è la fucinatura a freddo tramite martellamento.
Il procedimento è del tutto analogo a quello della realizzazione della rigatura tradiziona1e, con il vantaggio che l'assenza di spigoli favorisce la lavorazione.
E importante sottolineare che tramite il martellamento a freddo si realizzano contemporaneamente sia la rigatura della canna che la camera di scoppio, che risultano così perfettamente coassiali. Il processo di martellamento realizza’canne che hanno la superficie esterna cilindrica, risultando perciò impossibile ottenere sporgenze quali blocchetti o ramponi di chiusura, che vengono saldati successivamente per frizione. Il processo di saldatura, con le deformazioni che introduce, comporta il dover realizzare la camera di scoppio successivamente per asportazione di truciolo. Quando l’altezza dei blocchetti non è molto grande, è possibile ricavarli dallo spessore della canna, sfruttando appieno le possibilità della martellatura. Il secondo metodo per l’ottenimento della rigatura poligonale è l’elertro-erosione.
L’utensile è costituito da un elettrodo che riporta dei risalti di materiale isolante (dielettrico). La funzione di questo isolante è quella di mascherare le parti della canna che non devono essere sottoposte a lavorazione.
La canna da sottoporre ad elettro-erosione deve già essere alesata. All’interno della canna e a contatto con l’elettrodo fluisce una emulsione di olio e additivi vari che ha diverse funzioni, fra cui quella di asportare le particelle metalliche prodotte dall’erosione, refrigerare la canna sottoposta al calore prodotto per effetto Joule e favorire l’innesco degli archi che erodono l’acciaio. Naturalmente un procedimento tecnologico così avanzato richiede come base fondamentale un perfetto centraggio dell’elettrodo, che deve essere assolutamente coassiale alla canna per avere un erosione uniforme nell’intera sezione.
Il centraggio è ottenuto tramite il dielettrico. Questo metodo è veloce, non rumoroso, richiede piccole macchine utensili formate da un apparato generatore di potenza e da un apparato di regolazione, ma non è in grado di realizzare contemporaneamente rigatura e camera di scoppio. La rugosità delle superfici lavorate può essere variata con semplicità agendo sull’apparato di regolazione e sulla velocità di avanzamento.
La presenza di questa rugosità uniformemente distribuita costituisce una ottima base per un successivo trattamento di cromatura, che aumenta considerevolmente la vita e le prestazioni di una canna.

Edoardo M. (Balistica Pratica)