Des fabricants du Michigan restaurent un patrouilleur du Vietnam coulé, honorant les vétérans

Collaboration entre fonderie et usinage pour ré-ingénier un composant perdu d'un patrouilleur de l'ère Vietnam

Les fabricants basés à Muskegon, Eagle CNC et Eagle Alloy, ont mis leurs capacités à l'épreuve lorsqu'ils se sont lancés dans la réplication d'un composant clé d'un patrouilleur de l'ère Vietnam en tant que pièce moulée en acier. Pour l'équipe derrière le moulage, ce projet va au-delà de la réparation d'un bateau ; il s'agit de préserver l'histoire, d'honorer l'héritage de ceux qui ont servi et sacrifié, et de garantir que leurs histoires continuent d'être racontées pour les générations à venir.

« Cette pièce peut-elle être recréée ? »

C'était la question que Mark Fazakerley s'est posée en examinant un composant corrodé et brisé récupéré de la coque coulée de son bateau. C'était une question trompeusement simple – car ce n'était pas n'importe quelle pièce, et ce n'était pas n'importe quel bateau. Le navire était un PBR Mark I (Patrol Boat, Riverine) original de la guerre du Vietnam, et la pièce en question était un corps de pompe vieux de 60 ans, un composant vital du système de propulsion. Lorsque le corps de pompe a cédé, cela a causé le naufrage inattendu du bateau dans le lac Muskegon.

Le lien de Fazakerley avec les PBR est à la fois professionnel et profondément personnel. Vétéran de la Navy ayant servi pendant la guerre du Vietnam, il a failli être affecté au service sur PBR avant d'être assigné aux opérations LSD (Landing Ship, Dock). Son intérêt pour les PBR reflète un sentiment durable de connexion à ceux qui ont servi sur les rivières au Vietnam – certains étant des amis de sa communauté à Muskegon ayant servi à bord de PBR. Pour Mark Fazakerley, ressusciter le PBR n'était pas simplement un projet de réparation ; c'était une mission pour honorer le passé et ceux qui ont servi.

Pour répondre à cet appel, les entreprises basées à Muskegon, Eagle Alloy et Eagle CNC, sont intervenues, toutes deux leaders de longue date en fonderie et usinage. C'était une connexion appropriée, car Mark Fazakerley se trouve aussi être cofondateur d'Eagle Alloy et co-président du conseil d'administration des deux entreprises. Ce qui a suivi a été une collaboration de plusieurs mois entre ingénieurs, fondeurs et spécialistes de l'usinage, chacun apportant son expertise pour aider à restaurer un morceau d'histoire navale. Le résultat a été plus qu'un simple succès technique ; c'était un hommage aux vétérans, et un témoignage de ce qui peut être accompli par le travail d'équipe et l'engagement partagé.

L'importance historique des PBR

Les patrouilleurs fluviaux étaient parmi les navires les plus emblématiques de la guerre du Vietnam. Ils servaient au sein de la Brown Water Navy, nommée en raison des conditions boueuses des rivières et deltas du Vietnam. Ces bateaux n'avaient pas d'hélices et pouvaient opérer dans aussi peu que 18 pouces d'eau, les rendant idéaux pour patrouiller les voies navigables intérieures peu profondes et étroites où les navires de guerre traditionnels ne pouvaient pas aller.

Trivia cinéma : Dans « Apocalypse Now », le bateau transportant le capitaine Willard (Martin Sheen) en amont du fleuve est un PBR.

Les PBR étaient en service de 1966 à 1973. Petits, agiles et lourdement armés, ils menaient des missions à haut risque comme la reconnaissance des rivières et canaux pour les forces ennemies, l'interdiction des approvisionnements ennemis et les patrouilles de reconnaissance. Ils étaient également les navires principaux menant des embuscades en territoire ennemi. Les équipages opéraient sous menace constante et tirs fréquents, faisant du service sur PBR l'une des affectations les plus dangereuses de la guerre. Environ 3 500 marins ont servi à bord de ces navires – risquant leur vie dans un théâtre de guerre souvent négligé.

Le bateau au centre de ce projet a une valeur historique spéciale. C'est un PBR Mark I, le premier modèle utilisé au Vietnam. Sur les 161 bateaux Mark I construits par la Navy, celui-ci est le #161 – le tout dernier de son genre à être produit, et le seul Mark I connu encore en opération aujourd'hui.

« PBR Underway in Suisun Bay », 1966 (Archives Nationales)

Abandonner le navire ! Un naufrage qui devient une opportunité

Le PBR de Mark Fazakerley a été exposé au Wings Over Muskegon Air Show à plusieurs reprises, et chaque Memorial Day, il participe à un événement pour les vétérans aux côtés du sous-marin USS Silversides. Son exploitation fournit une connexion rare et tangible avec le passé et se dresse comme un rappel vivant du courage et du sacrifice des hommes braves qui ont servi dans la guerre du Vietnam.

PBR #161 exposé au musée du sous-marin USS Silversides à Muskegon, MI

Mais comme le destin en déciderait, survivre à une guerre ne l'a pas épargné des ennuis en temps de paix. Lors de ce qui aurait dû être une sortie de routine, le bateau a soudainement coulé. Le PBR donnait régulièrement des tours sur le lac Muskegon, et ce jour-là, il y a eu un bruit fort à bord – puis, sans avertissement, le bateau a commencé à prendre l'eau rapidement. Les passagers, dont le gendre de Mark, ont dû sauter par-dessus bord alors que le bateau coulait sous eux.

En quatre minutes, le PBR #161 avait coulé à 53 pieds de profondeur. Heureusement, des pêcheurs à proximité sont venus secourir les passagers, et personne n'a été blessé. À droite : les pêcheurs secourent les passagers et l'équipage du PBR #161.

Mark pensait ne jamais revoir son bateau, mais des plongeurs bénévoles ont aidé, utilisant des ballons de renflouage pour le remonter à la surface. Après inspection du bateau, la cause de la défaillance est devenue claire : un morceau du corps de pompe s'était brisé. Ce composant connecte et protège les pièces responsables du pompage de l'eau vers l'extérieur et de la propulsion du bateau. Lorsqu'il a cédé, le système a commencé à pomper rapidement de l'eau à l'intérieur du bateau au lieu de l'extérieur, causant son naufrage.

Chaque PBR a deux de ces corps, un de chaque côté du système de propulsion. Compte tenu de leur âge et de leur matériau identique, il a été décidé de les remplacer tous les deux. Mais il y avait un obstacle : les pièces d'origine n'étaient plus fabriquées, et les surplus de la Navy s'étaient taris depuis des décennies. C'est là que l'ingéniosité a pris le relais, et Mark a vu une opportunité de ré-ingénier la pièce avec un peu d'aide de ses amis.

« Si je n'avais pas un accès direct à une fonderie et un atelier d'usinage, je n'aurais pas pu reproduire cette pièce. Cela aurait signifié la fin de l'utilisation fonctionnelle du bateau », a dit Mark.

Eagle Alloy et Eagle CNC ont relevé le défi. En combinant l'expertise de fonderie d'Eagle Alloy avec l'usinage de précision d'Eagle CNC, ils se sont lancés dans la rétro-ingénierie de la pièce. Cela impliquait d'analyser le composant endommagé pour comprendre sa structure et sa fonction, puis de le mouler et l'usiner à neuf pour une performance et une durabilité encore meilleures.

Le processus collaboratif : du scan au moulage

Sans plans sur lesquels travailler, Eagle Alloy et Eagle CNC ont collaboré étroitement du concept à l'achèvement, commençant par une reconstruction numérique soignée et progressant étape par étape à travers un processus de fabrication moderne.

Eagle Alloy s'est concentré sur la conception du moule et la préparation du moulage, tandis qu'Eagle CNC – le fabricant de finition – s'est assuré que la conception et le produit final répondaient à toutes les spécifications requises. Les deux équipes ont travaillé simultanément mais indépendamment, maintenant l'alignement pour garantir une haute qualité, minimiser les problèmes de production et créer un processus de fabrication global plus fluide.

Voici un aperçu du chemin qu'ils ont suivi pour remplacer les corps de pompe PBR fissurés.

Numérisation 3D et création de modèle 3D

La première étape a été de scanner les corps de pompe originaux à l'aide de la technologie de numérisation 3D. Cela a créé une image numérique détaillée de la surface et de la forme de la pièce. Haven Metrology a géré cette étape, et ils ont retourné des scans 3D des pièces originales et un modèle 3D détaillé à Eagle Alloy et Eagle CNC. Ceux-ci sont devenus le point de départ pour la conception du moule pour le moulage et pour guider le reste du processus.

Conception du moule et simulation de moulage

Eagle Alloy a pris le relais pour concevoir le moule et exécuter des simulations de moulage dans un environnement numérique. Leurs ingénieurs internes ont utilisé la modélisation 3D et le logiciel de simulation de moulage pour créer un plan de moulage.

Les corps de pompe originaux étaient en fer Ni-Hard, un matériau extrêmement dur mais aussi fragile. Une analyse de la pièce brisée a révélé une micro-fissuration interne extensive, et les ingénieurs d'Eagle Alloy ont conclu que la fragilisation au fil du temps a probablement conduit à la défaillance de la pièce. Passer à l'acier inoxydable servirait le mieux le produit et offrirait durabilité et résistance aux températures extrêmes. Mais d'abord, Eagle Alloy devait être certain de pouvoir fabriquer la pièce avec succès en utilisant le matériau alternatif.

Les simulations de moulage, exécutées dans le logiciel MAGMA, étaient une partie clé du processus de planification, surtout parce que la nouvelle pièce utiliserait un matériau différent. Les ingénieurs d'Eagle Alloy devaient optimiser les systèmes de gating du moule et la stratégie de coulée pour minimiser les risques de défauts. À droite : simulation de solidification MAGMA du corps de pompe, montrant section transversale (Eagle Alloy).

« La pièce originale était en fer, et le fer coule beaucoup mieux que l'acier », a expliqué Jason Klein, Responsable Ingénierie chez Eagle Alloy. « Les ailles descendent jusqu'à presque 1/8 de pouce, donc nous devions nous assurer que le métal allait y arriver, et qu'il serait assez chaud pour remplir tous les recoins. »

Ce processus – commençant par des conceptions assistées par ordinateur (CAO) suivies de simulations – fait partie de ce qu'on appelle la Conception pour la Fabrication (DFM). La DFM signifie concevoir des pièces non seulement pour la performance, mais pour être efficaces et rentables à produire. Cela aide les ingénieurs à faire des choix intelligents tôt, afin que la pièce finale puisse être faite selon les spécifications nécessaires avec confiance avant que tout métal ne soit coulé.

En même temps, Eagle CNC a fait des analyses séparées. Leurs ingénieurs ont remarqué beaucoup d'incohérences dans les deux corps de pompe originaux, ce qui n'était pas nécessairement une surprise compte tenu des avancées technologiques en fabrication au cours des 60 dernières années. Prenant le juste milieu, Eagle CNC a établi des mesures nominales pour garantir que les nouveaux composants seraient cohérents selon les standards de fabrication modernes.

Les deux entreprises ont communiqué étroitement pour s'assurer que le moule – et la pièce moulée résultante – inclurait un stock d'usinage suffisant pour permettre à Eagle CNC d'usiner les dimensions critiques.

De plus, Eagle CNC s'est mis au travail pour créer les inserts en laiton – les paliers d'arbre qui traversaient le corps de pompe – à partir de zéro. « J'ai passé 2+ heures à retirer chirurgicalement la pièce d'origine du corps brisé. Une fois que j'ai eu l'ancienne pièce hors du corps, j'ai travaillé sur la rétro-ingénierie de la forme », se souvient Brandon Mead, Responsable Ingénierie Process chez Eagle CNC.

Ces inserts seraient plus tard filetés et vissés dans le corps de pompe final, permettant à l'arbre de turbine de tourner et de propulser le bateau.

Impression 3D et moulage

Une fois la conception du moule du nouveau corps de pompe prête, le moule physique a été imprimé en 3D par Humtown Products, basé dans l'Ohio, spécialisé dans les moules en sable imprimés en 3D. Bien que le processus principal d'Eagle Alloy soit le moulage en coquille, le moulage imprimé en 3D est une excellente option pour les prototypes et les petites séries.

Après l'impression, Humtown a livré les moules à Eagle Alloy pour couler les pièces moulées en métal. À droite : opérateur Eagle Alloy assemblant le noyau 3 pièces dans le moule (Eagle Alloy).

Obtenir le bon moulage a pris quelques essais. La structure interne complexe de la pièce a rendu nécessaire le passage d'un moule en deux parties à un moule en trois parties pour qu'il s'assemble correctement, ce qui a nécessité plusieurs reconceptions.

Malgré les défis, un retour rapide et une collaboration avec Humtown ont permis des ajustements rapides, et les équipes sont finalement arrivées à une conception de moule qui fonctionnait. Eagle Alloy a ensuite terminé la coulée dans sa fonderie, et la pièce moulée est allée à Eagle CNC pour finir le travail.

Usinage chez Eagle CNC

Dans le processus de fabrication, l'usinage CNC est souvent la dernière étape et l'une des plus importantes : c'est là que tous les détails finaux sont ajoutés, les tolérances critiques sont respectées, et tout autre ajustement est fait pour compléter la pièce.

L'équipe d'usinage avait déjà eu l'occasion d'étudier les modèles et planifier les programmes d'usinage, mais le vrai travail a commencé quand ils ont reçu les pièces moulées d'Eagle Alloy. Ils ont mis en place des outillages sur mesure, conçu des montages pour tenir les pièces, et mesuré méticuleusement tout au long du processus pour s'assurer que toutes les pièces s'emboîteraient et fonctionneraient comme prévu.

Puisque ce projet avait tant de complexité, et qu'il y avait beaucoup en jeu en termes d'investissement matériel et de main-d'œuvre, Eagle CNC savait qu'ils n'avaient aucune marge d'erreur. Brandon Mead a travaillé en étroite collaboration avec Operation Black Sheep, une organisation à but non lucratif basée à Muskegon dédiée à honorer l'histoire des PBR et les vétérans qui y ont servi. Black Sheep a récemment restauré leur propre PBR Mark II, et ils ont fourni des informations précieuses sur la façon dont les pièces individuelles s'emboîtent pour rendre le bateau fonctionnel. Ils ont aussi stocké le PBR de Mark dans leur entrepôt pendant qu'il était hors service, offrant un accès facile aux fabricants pour l'inspection.

« Je cherchais à comprendre la pièce et son application », a dit Brandon. « Voir juste des trous dans une pièce ne va pas loin, savoir à quoi elle sert et comprendre les composants d'accouplement est essentiel. Cela informe les dimensions, tolérances, jeux et parfois même des améliorations. »

De gauche à droite : pièce brute chez Eagle Alloy ; pièce en montage chez Eagle CNC ; pièce après usinage chez Eagle CNC

Basé en partie sur les nouvelles connaissances que Brandon a acquises lors de ses visites chez Black Sheep, Eagle CNC a traversé plusieurs itérations de leur plan initial. Ils estiment que le traitement de la première pièce a pris près de deux semaines. La seconde pièce, selon le Président d'Eagle CNC Jason Clark, a pris environ quatre heures.

Eagle CNC a utilisé plusieurs machines pour traiter les pièces. Le corps de pompe a été usiné sur un centre d'usinage horizontal Doosan 5500, utilisant deux montages d'usinage (fabriqués sur mesure en interne) pour tenir la pièce pour le traitement. Pendant ce temps, l'insert en laiton traversant le noyau de la pièce a été usiné à partir de barres en utilisant un tour horizontal Mazak Multiplex 6200Y, avec montages et programmation entièrement personnalisés conçus par Eagle CNC.

En tant que partenaire clé de la collaboration, le travail d'Eagle CNC sur le corps de pompe rétro-ingénieré a démontré l'étendue de leurs compétences en usinage.

« Nous savions tous que nous en avions la capacité », a dit Jason Clark. « C'est cool quand vous pouvez réellement tester votre département d'ingénierie avec quelque chose comme ça et voir aboutir à un produit et une solution finie. »

Brandon Mead, Responsable Ingénierie Process Eagle CNC, avec les deux pièces finies

De gauche à droite : corps de pompe original ; corps de pompe ré-ingénieré

De gauche à droite : palier d'arbre original ; palier d'arbre ré-ingénieré

La fabrication collaborative est la clé de la qualité et de l'efficacité

L'une des plus grandes forces de ce projet était la collaboration entre les entreprises d'usinage et de fonderie au sein du groupe Eagle. Bien qu'Eagle CNC aurait pu usiner la pièce directement à partir de barre, cette approche aurait été bien plus intensive en matériau et coûteuse. En moulant la pièce puis en l'usinant, le coût global du projet a été réduit de plusieurs milliers de dollars. Le coût matériel de l'usinage à partir de billet seul aurait pu augmenter le coût par un facteur de quatre.

Ce type de collaboration est une marque de fabrique de l'approche du groupe Eagle – offrant aux clients une solution complète pour les composants complexes. Dans ce cas, cela a aussi ramené à la vie une pièce historiquement significative – chose qu'aucune équipe seule n'aurait pu accomplir.

Au-delà du métal : ce que le projet PBR du groupe Eagle représente

Il a fallu quatre mois pour amener l'idée de ré-ingénierie du corps de pompe brisé du concept à l'achèvement. Le nouveau composant est maintenant fini, et le groupe Eagle s'occupe de quelques réparations supplémentaires pour remettre le bateau en parfait état. Mark Fazakerley espère l'avoir de retour sur l'eau pour le 4 juillet.

Pour beaucoup de l'ère de la guerre du Vietnam, le PBR #161 est un symbole puissant. Il sert de moyen tangible de préserver l'histoire et de garder les histoires vivantes pour les générations futures.

Collage en haut de page : Un PBR (Patrol Boat, Riverine) sur la rivière My Tho, Sud Vietnam, juin 1969 (Archives Nationales) ; Opérateurs Eagle Alloy coulent de l'acier inoxydable dans les moules de corps de pompe