Les fabricants du Michigan restaurent un bateau de patrouille vietnamien coulé, rendant hommage aux anciens combattants

Collaboration entre le moulage et l'usinage pour reconfigurer un composant perdu d'un bateau de patrouille de l'ère vietnamienne

Les fabricants Eagle CNC et Eagle Alloy, basés à Muskegon, ont mis leurs capacités à l'épreuve lorsqu'ils ont décidé de reproduire un composant clé d'un bateau de patrouille de l'ère vietnamienne sous forme de pièce moulée en acier. Pour l’équipe derrière le casting, ce projet ne se limite pas à réparer 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 partie peut-elle être recréée ?"

C'est la question que s'est posée Mark Fazakerley alors qu'il examinait un composant corrodé et cassé récupéré de la coque coulée de son bateau. C’était une question d’une simplicité trompeuse, car il ne s’agissait pas de n’importe quelle pièce, et ce n’était pas n’importe quel bateau. Le navire était un Mark I PBR (Patrol Boat, Riverine) original de la guerre du Vietnam, et la pièce en question était un boîtier de pompe vieux de 60 ans, un composant essentiel du système d'entraînement. Lorsque le boîtier de la pompe est tombé en panne, le bateau a coulé de manière inattendue dans le lac Muskegon.

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

Pour répondre à cet appel, les sociétés Eagle Alloy et Eagle CNC, basées à Muskegon, sont intervenues, toutes deux leaders de longue date dans le domaine du moulage et de l'usinage des métaux. Il s'agissait d'un lien approprié, puisque Mark Fazakerley est également co-fondateur d'Eagle Alloy et coprésident du conseil d'administration des deux sociétés. S'en est suivi une collaboration de plusieurs mois entre ingénieurs, fondeurs de métaux et spécialistes de l'usinage, chacun apportant son expertise pour aider à restaurer un morceau de l'histoire navale. Le résultat était plus qu’un simple succès technique; c'était un hommage aux anciens combattants et un témoignage de ce qui peut être réalisé grâce au travail d'équipe et à un engagement partagé.

L'importance historique des droits d'obtenteur

Les bateaux de patrouille fluviale comptaient parmi les navires les plus emblématiques de la guerre du Vietnam. Ils ont servi dans le cadre de la Brown Water Navy, nommée en raison des conditions boueuses des rivières et des deltas du Vietnam. Ces bateaux n'avaient pas d'hélices et pouvaient fonctionner dans aussi peu que 18 pouces d'eau, ce qui en faisait une solution idéale pour patrouiller les voies navigables intérieures peu profondes et étroites où les navires militaires traditionnels ne pouvaient pas aller.

Anecdote sur le film :dans « Apocalypse Now », le bateau qui transporte le capitaine Willard (Martin Sheen) en amont est un PBR.

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

Le bateau au centre de ce projet revêt une valeur historique particulière. Il s’agit d’un Mark I PBR, le premier modèle utilisé au Vietnam. Parmi les 161 bateaux Mark I construits par la Marine, celui-ci est le n°161, le tout dernier de ce type à être produit et le seul Mark I connu encore en activité aujourd'hui.

« PBR en cours dans la baie de Suisun », 1966 (Archives nationales)

Abandonnez le navire ! Un revers en naufrage devient une opportunité

Le PBR de Mark Fazakerley a été exposé à plusieurs reprises au spectacle aérien Wings Over Muskegon et, chaque Memorial Day, il participe à un événement de la Journée des anciens combattants aux côtés du sous-marin USS Silversides. Son fonctionnement offre un lien rare et concret avec le passé et constitue un rappel vivant du courage et du sacrifice des braves hommes qui ont servi pendant la guerre du Vietnam.

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

Mais comme par hasard, survivre à une guerre ne lui a pas épargné les troubles du temps de paix. Lors de ce qui aurait dû être une sortie de routage, le bateau a coulé subitement. Le PBR faisait régulièrement des promenades sur le lac Muskegon, et ce jour-là, il y a eu un grand bruit à bord, puis, sans avertissement, le bateau a commencé à prendre rapidement l'eau. Les passagers, y compris le propre gendre de Mark, ont dû sauter par-dessus bord alors que le bateau coulait sous eux.

En quatre minutes, le PBR #161 avait coulé dans 53 pieds d'eau. Heureusement, des pêcheurs à proximité sont venus à la rescousse des passagers et personne n'a été blessé. À droite :des pêcheurs sauvent les passagers et l'équipage du PBR #161.

Mark pensait qu'il ne reverrait jamais son bateau, mais des plongeurs se sont portés volontaires pour l'aider, utilisant des ballons de récupération pour le remonter à la surface. Après inspection du bateau, la cause de la panne est devenue claire :un morceau du corps de la pompe s'était brisé. Ce composant relie et protège les pièces chargées de pomper l’eau et de propulser le bateau. Lorsqu'il est tombé en panne, le système a commencé à pomper rapidement de l'eau dans le bateau au lieu de sortir, le faisant couler.

Chaque PBR possède deux de ces boîtiers, un de chaque côté du système de propulsion. Compte tenu de leur âge et de leur matériel 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 Marine s’étaient taris depuis des décennies. C'est à ce moment-là que l'ingéniosité s'est manifestée et que Mark a vu une opportunité de repenser la pièce avec un peu d'aide de ses amis.

"Si je n'avais pas eu un accès direct à une fonderie et à un atelier d'usinage, je n'aurais pas pu reproduire cette pièce. Cela aurait mis fin à l'utilisation fonctionnelle du bateau", a déclaré Mark.

Eagle Alloy et Eagle CNC ont relevé le défi. En combinant l’expertise en moulage d’Eagle Alloy avec l’usinage de précision d’Eagle CNC, ils ont décidé de procéder à une rétro-ingénierie de la pièce. Cela impliquait d'analyser le composant endommagé pour comprendre sa structure et sa fonction, puis de le couler et de l'usiner à partir de zéro pour des performances et une durabilité encore meilleures.

Le processus collaboratif :de la numérisation à la diffusion

Sans aucun plan sur lequel travailler, Eagle Alloy et Eagle CNC ont collaboré étroitement du concept à la réalisation, en commençant par une reconstruction numérique minutieuse et en progressant étape par étape dans 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, en maintenant l'alignement pour garantir une qualité élevée, minimiser les problèmes de production et créer un processus de fabrication global plus fluide.

Vous trouverez ci-dessous un aperçu du chemin qu'ils ont suivi pour remplacer les boîtiers de pompe PBR fissurés.

Numérisation 3D et création de modèles 3D

La première étape consistait à numériser les boîtiers de pompe d’origine 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 a renvoyé des scans 3D des pièces d'origine et un modèle 3D détaillé à Eagle Alloy et Eagle CNC. Ceux-ci sont devenus le point de départ pour concevoir le moule pour la coulée et guider le reste du processus.

Conception de moules 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 un logiciel de modélisation 3D et de simulation de moulage pour créer un plan de moulage.

Les corps de pompe d'origine étaient fabriqués en fer Ni-Hard, un matériau extrêmement dur mais aussi cassant. Une analyse de la pièce cassée a révélé d'importantes microfissures internes, et les ingénieurs d'Eagle Alloy ont conclu que la fragilisation au fil du temps a probablement conduit à la défaillance de la pièce. Le passage à l’acier inoxydable servirait au mieux le produit et offrirait durabilité et résistance aux températures extrêmes. Mais d'abord, Eagle Alloy devait être certain de pouvoir fabriquer avec succès la pièce en utilisant le matériau alternatif.

Les simulations de moulage, exécutées dans le logiciel MAGMA, ont joué un rôle clé dans le processus de planification, notamment parce que la nouvelle pièce utiliserait un matériau différent. Les ingénieurs d'Eagle Alloy devaient optimiser les systèmes de déclenchement du moule et la stratégie de coulée afin de minimiser les risques de défauts. À droite :simulation de solidification MAGMA du boîtier de pompe, montrant la section transversale (Eagle Alloy).

« La pièce d'origine a été fabriquée en fer, et le fer s'écoule bien mieux que l'acier », a expliqué Jason Klein, directeur de l'ingénierie chez Eagle Alloy. "Les lames descendent jusqu'à presque 1/8 de pouce, nous devions donc nous assurer que le métal y arriverait et qu'il serait suffisamment chaud pour remplir tous les coins et recoins."

Ce processus, commençant par des conceptions assistées par ordinateur (CAO) et suivi de simulations, fait partie de ce qu'on appelle la conception pour la fabrication (DFM). DFM signifie concevoir des pièces non seulement pour la performance, mais aussi pour qu'elles soient efficaces et rentables à produire. Cela aide les ingénieurs à faire des choix intelligents dès le début, afin que la pièce finale puisse être fabriquée selon les spécifications nécessaires en toute confiance avant que le métal ne soit coulé.

Parallèlement, Eagle CNC a réalisé des analyses distinctes. Leurs ingénieurs ont remarqué de nombreuses incohérences dans les deux corps de pompe d’origine, ce qui n’était pas nécessairement une surprise compte tenu des progrès technologiques réalisés dans la fabrication au cours des 60 dernières années. En choisissant la voie du milieu, Eagle CNC a établi des mesures nominales pour garantir que les nouveaux composants seraient conformes aux normes de fabrication modernes.

Les deux sociétés ont communiqué étroitement pour s'assurer que le moule (et la pièce moulée qui en résulte) comprendrait un stock de machines suffisant pour permettre à Eagle CNC de découper les dimensions critiques.

De plus, Eagle CNC s'est mis au travail pour créer les inserts en laiton (les roulements d'arbre qui traversaient le boîtier de la pompe) à partir de zéro. "J'ai passé plus de deux heures à retirer chirurgicalement la pièce d'origine du boîtier cassé. Une fois l'ancienne pièce retirée du boîtier, j'ai travaillé sur l'ingénierie inverse de la forme", se souvient Brandon Mead, responsable de l'ingénierie des procédés chez Eagle CNC.

Ces inserts seraient ensuite filetés et vissés dans le boîtier final de la pompe, permettant à l'arbre de la turbine de tourner et de propulser le bateau.

Impression et moulage 3D

Une fois la conception du moule du nouveau boîtier 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 coque, le moulage par impression 3D est une excellente option pour les prototypes et les séries à faible volume.

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

Il a fallu quelques essais pour réussir le casting. La structure interne complexe de la pièce a nécessité le passage d'un moule en deux pièces à un moule en trois pièces pour qu'elle s'assemble correctement, ce qui a nécessité plusieurs refontes.

Malgré les défis, des retours rapides et une collaboration avec Humtown ont permis des ajustements rapides, et les équipes sont finalement parvenues à une conception de moule qui a fonctionné. Eagle Alloy a ensuite terminé la coulée dans sa fonderie et la pièce moulée a été confiée à Eagle CNC pour terminer 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 tous les autres ajustements sont effectués pour terminer la pièce.

L'équipe d'usinage avait déjà eu l'occasion d'étudier des modèles et de planifier des programmes d'usinage, mais le véritable travail a commencé lorsqu'ils ont reçu les pièces moulées d'Eagle Alloy. Ils ont mis en place des outils personnalisés, conçu des supports pour maintenir les pièces et mesuré méticuleusement tout au long du processus pour garantir que toutes les pièces s'emboîtent et fonctionnent comme prévu.

Parce que ce projet était très complexe et que beaucoup de choses étaient en jeu en termes d'investissement en matériel et en main-d'œuvre, Eagle CNC savait qu'elle n'avait aucune marge d'erreur. Brandon Mead a travaillé en étroite collaboration avec Operation Black Sheep, une organisation à but non lucratif basée à Muskegon qui se consacre à honorer l'histoire des PBR et des anciens combattants qui y ont servi. Black Sheep a récemment restauré son propre PBR Mark II et a fourni des informations précieuses sur la manière dont les différentes pièces s'emboîtent pour rendre le bateau fonctionnel. Ils ont également stocké le PBR de Mark's dans leur entrepôt pendant qu'il était hors service, offrant ainsi un accès facile aux fabricants pour inspection.

«Je cherchais à comprendre la pièce et son application», a déclaré Brandon. "Le simple fait de voir des trous dans une pièce ne va pas plus loin. Il est essentiel de savoir à quoi ils servent et de comprendre les composants à coupler. Cela déterminera les dimensions, les tolérances, les jeux et parfois même les améliorations."

De gauche à droite :moulage brut chez Eagle Alloy ; participation à un montage chez Eagle CNC ; pièce après usinage chez Eagle CNC

En se basant en partie sur les nouvelles connaissances acquises par Brandon lors de ses visites à Black Sheep, Eagle CNC a réalisé un certain nombre d'itérations de son plan initial. Ils estiment que le traitement de la première partie a pris près de deux semaines. La deuxième partie, selon le président d'Eagle CNC, Jason Clark, a duré environ quatre heures.

Eagle CNC a utilisé un certain nombre de machines pour traiter les pièces. Le boîtier de la pompe a été usiné dans une fraiseuse horizontale Doosan 5500, à l'aide de deux dispositifs d'usinage (fabriqués sur mesure en interne) pour maintenir la pièce à traiter. Pendant ce temps, l'insert en laiton qui traversait le noyau de la pièce a été usiné à partir du stock à l'aide d'un tour horizontal Mazak Multiplex 6200Y, avec des fixations entièrement personnalisées et une programmation conçue par Eagle CNC.

En tant que partenaire clé de la collaboration, le travail d'Eagle CNC sur le boîtier de pompe en ingénierie inverse a mis en valeur l'étendue de leurs compétences en usinage.

« Nous savions tous que nous en avions la capacité », a déclaré Jason Clark. "C'est cool de pouvoir tester votre service d'ingénierie avec quelque chose comme ça et de le voir aboutir à un produit et à une solution finie."

Brandon Mead, responsable de l'ingénierie des processus CNC d'Eagle, avec les deux pièces finies

De gauche à droite :boîtier de pompe d'origine; Boîtier de pompe repensé

De gauche à droite :roulement d’arbre d’origine; Roulement d'arbre repensé

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

L'une des plus grandes forces de ce projet a été la collaboration entre les entreprises d'usinage et de fonderie du groupe Eagle. Même si Eagle CNC aurait pu usiner la pièce directement à partir du stock, cette approche aurait été beaucoup plus gourmande en matériaux et coûteuse. En coulant 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 billettes seules aurait pu multiplier le coût par quatre.

Ce type de collaboration est une caractéristique de l’approche du groupe Eagle :offrir aux clients une solution complète pour les composants complexes. Dans ce cas, cela a également redonné vie à un élément historique important, quelque chose qu'aucune équipe n'aurait pu réaliser seule.

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

Il a fallu quatre mois pour concrétiser l'idée de réingénierie du corps de pompe cassé, du concept à la réalisation. Le nouveau composant est désormais terminé et le groupe Eagle effectue quelques réparations supplémentaires pour remettre le bateau en parfait état. Mark Fazakerley espère le remettre sur l'eau d'ici le 4 juillet.

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

Collage en première page :Un PBR (bateau de patrouille fluvial) sur la rivière My Tho, sud-Vietnam, juin 1969 (Archives nationales) ; Les opérateurs d'Eagle Alloy versent de l'acier inoxydable dans les moules du corps de pompe