Fabrikanten uit Michigan herstellen gezonken patrouilleboot van Vietnam, ter ere van veteranen

Samenwerking tussen gieten en machinaal bewerken om een verloren onderdeel van een patrouilleboot uit het Vietnam-tijdperk opnieuw te ontwerpen

De in Muskegon gevestigde fabrikanten Eagle CNC en Eagle Alloy stelden hun capaciteiten op de proef toen ze een belangrijk onderdeel van een patrouilleboot uit het Vietnam-tijdperk wilden repliceren als gegoten staal. Voor het team achter de casting gaat dit project over meer dan het repareren van een boot; het gaat over het behoud van de geschiedenis, het eren van de erfenis van degenen die dienden en opofferden, en ervoor zorgen dat hun verhalen nog generaties lang verteld blijven.

"Kan dit deel opnieuw worden gemaakt?"

Dat was de vraag die Mark Fazakerley stelde toen hij een gecorrodeerd en kapot onderdeel onderzocht dat uit de gezonken romp van zijn boot was gehaald. Het was een bedrieglijk eenvoudige vraag, want dit was niet zomaar een onderdeel, en dit was niet zomaar een boot. Het schip was een originele Mark I PBR (Patrol Boat, Riverine) uit de Vietnamoorlog, en het onderdeel in kwestie was een 60 jaar oud pomphuis, een essentieel onderdeel van het aandrijfsysteem. Toen het pomphuis het begaf, zorgde dit ervoor dat de boot onverwachts zonk in Muskegon Lake.

Fazakerley's connectie met PBR's is zowel professioneel als zeer persoonlijk. Als marineveteraan die diende in de oorlog in Vietnam, werd hij bijna toegewezen aan PBR-taak voordat hij werd toegewezen aan LSD-operaties (Landing Ship, Dock). Zijn interesse in PBR’s weerspiegelt een blijvend gevoel van verbondenheid met degenen die op de rivieren in Vietnam dienden – van wie sommigen vrienden zijn uit zijn gemeenschap in Muskegon die aan boord van PBR’s dienden. Voor Mark Fazakerley was de wederopstanding van de PBR niet zomaar een reparatieproject; het was een missie om het verleden en degenen die dienden te eren.

Om aan die oproep te voldoen, stapten de in Muskegon gevestigde bedrijven Eagle Alloy en Eagle CNC tussenbeide, beide al jarenlang toonaangevend op het gebied van metaalgieten en verspanen. Het was een passende connectie, aangezien Mark Fazakerley toevallig ook medeoprichter is van Eagle Alloy en medevoorzitter van de raad van bestuur van beide bedrijven. Wat volgde was een maandenlange samenwerking tussen ingenieurs, metaalgieters en machinale specialisten, die elk hun expertise inbrachten om een ​​stukje maritieme geschiedenis te helpen herstellen. Het resultaat was meer dan alleen een technisch succes; het was een eerbetoon aan veteranen en een bewijs van wat kan worden bereikt door teamwerk en gedeelde inzet.

De historische betekenis van PBR's

River Patrol Boats behoorden tot de meest iconische schepen van de oorlog in Vietnam. Ze dienden als onderdeel van de Brown Water Navy, genoemd vanwege de modderige omstandigheden in de rivieren en delta's van Vietnam. Deze boten hadden geen propellers en konden opereren in slechts 18 inch water, waardoor ze ideaal waren voor het patrouilleren in ondiepe en smalle binnenwateren waar traditionele marineschepen niet konden komen.

Filmtrivia:In 'Apocalypse Now' is de boot die kapitein Willard (Martin Sheen) stroomopwaarts vervoert een PBR.

PBR's waren in dienst van 1966 tot 1973. Ze waren klein, wendbaar en zwaar bewapend en voerden risicovolle missies uit, zoals het verkennen van de rivieren en kanalen op zoek naar vijandelijke troepen, het tegenhouden van vijandelijke voorraden en verkenningspatrouilles. Zij waren ook de belangrijkste schepen die hinderlagen in vijandelijk gebied uitvoerden. De bemanningen opereerden onder constante dreiging en veelvuldig vuur, waardoor PBR-taak een van de gevaarlijkste opdrachten in de oorlog was. Ongeveer 3.500 matrozen dienden aan boord van deze schepen, waarbij ze hun leven riskeerden in een oorlogstheater dat vaak over het hoofd wordt gezien.

De boot die centraal staat in dit project heeft een bijzondere historische waarde. Het is een Mark I PBR, het eerste model dat in Vietnam werd gebruikt. Van de 161 Mark I-boten die door de marine zijn gebouwd, is dit nr. 161:de allerlaatste in zijn soort die is geproduceerd, en de enige bekende Mark I die nog steeds in gebruik is.

“PBR onderweg in Suisun Bay”, 1966 (Nationaal Archief)

Verlaat het schip! Een zinkende tegenslag wordt een kans

De PBR van Mark Fazakerley is verschillende keren tentoongesteld op de Wings Over Muskegon Air Show en elke Memorial Day neemt hij deel aan een Veterans Day-evenement naast de USS Silversides Submarine. De werking ervan zorgt voor een zeldzame, praktische verbinding met het verleden en vormt een levende herinnering aan de moed en opoffering van de dappere mannen die dienden in de oorlog in Vietnam.

PBR #161 tentoongesteld in het USS Silversides Submarine Museum in Muskegon, MI

Maar het toeval wilde dat het overleven van een oorlog het land niet van vredestijdproblemen behoedde. Tijdens wat een tocht had moeten zijn, zonk de boot plotseling. De PBR verzorgde regelmatig ritten op Muskegon Lake, en op deze specifieke dag was er een hard geluid aan boord - en toen begon de boot, zonder waarschuwing, snel water te maken. Passagiers, waaronder Marks eigen schoonzoon, moesten overboord springen toen de boot onder hen zonk.

Binnen vier minuten was PBR #161 in water van 17,5 meter gezonken. Gelukkig kwamen vissers uit de buurt de passagiers te hulp en raakte niemand gewond. Rechts:vissers redden de passagiers en bemanning van de PBR #161.

Mark dacht dat hij zijn boot nooit meer zou zien, maar duikers boden zich vrijwillig aan om te helpen en gebruikten bergingsballonnen om hem weer naar de oppervlakte te brengen. Na inspectie van de boot werd de oorzaak van de storing duidelijk:een stuk van het pomphuis was afgebroken. Dit onderdeel verbindt en beschermt de onderdelen die verantwoordelijk zijn voor het wegpompen van water en het voortbewegen van de boot. Toen het mislukte, begon het systeem in plaats daarvan snel water in te pompen de boot in plaats van eruit, waardoor deze zinkt.

Elke PBR heeft twee van deze behuizingen, één aan elke kant van het voortstuwingssysteem. Gezien hun leeftijd en identiek materiaal werd besloten ze allebei te vervangen. Maar er was een obstakel:de originele onderdelen werden niet meer vervaardigd en het overschot van de marine was decennia geleden opgedroogd. Toen kwam de vindingrijkheid om de hoek kijken en zag Mark een kans om het onderdeel opnieuw te ontwerpen met een beetje hulp van zijn vrienden.

"Als ik geen directe toegang had gehad tot een gieterij en een machinewerkplaats, zou ik dit onderdeel niet hebben kunnen reproduceren. Dat zou het einde van het functionele gebruik van de boot zijn geweest", zei Mark.

Eagle Alloy en Eagle CNC gingen de uitdaging aan. Door de gietexpertise van Eagle Alloy te combineren met de precisiebewerking van Eagle CNC, wilden ze het onderdeel reverse-engineeren. Dit omvatte het analyseren van het beschadigde onderdeel om de structuur en functie ervan te begrijpen, en het vervolgens helemaal opnieuw te gieten en bewerken voor nog betere prestaties en duurzaamheid.

Het samenwerkingsproces:van scannen tot casten

Omdat er geen blauwdrukken waren om vanuit te werken, werkten Eagle Alloy en Eagle CNC nauw samen van concept tot voltooiing, beginnend met een zorgvuldige digitale reconstructie en stap voor stap door een modern productieproces.

Eagle Alloy concentreerde zich op het matrijsontwerp en het voorbereiden van het gietstuk, terwijl Eagle CNC, de fabrikant van de afwerking, ervoor zorgde dat het ontwerp en het eindproduct aan alle vereiste specificaties voldeden. Beide teams werkten tegelijkertijd en toch onafhankelijk, waarbij de afstemming behouden bleef om de hoge kwaliteit te garanderen, productieproblemen te minimaliseren en een soepeler algemeen productieproces te creëren.

Hieronder een overzicht van het traject dat zij gevolgd hebben om de gescheurde PBR-pomphuizen te vervangen.

3D-scannen en 3D-modellen maken

De eerste stap was het scannen van de originele pomphuizen met behulp van 3D-scantechnologie. Hierdoor ontstond een gedetailleerd digitaal beeld van het oppervlak en de vorm van het onderdeel. Haven Metrology voerde deze stap uit en stuurde 3D-scans van de originele onderdelen en een gedetailleerd 3D-model terug naar Eagle Alloy en Eagle CNC. Deze werden het uitgangspunt voor het ontwerpen van de mal voor het gieten en het begeleiden van de rest van het proces.

Matrijsontwerp en gietsimulatie

Eagle Alloy nam het ontwerp van de mal over en voerde gietsimulaties uit in een digitale omgeving. Hun interne ingenieurs gebruikten 3D-modellering en casting-simulatiesoftware om een castingplan te maken.

De originele pomphuizen zijn gemaakt van Ni-Hard-ijzer, een extreem hard maar ook bros materiaal. Een analyse van het kapotte onderdeel bracht uitgebreide interne microscheurtjes aan het licht, en de ingenieurs van Eagle Alloy concludeerden dat verbrossing na verloop van tijd waarschijnlijk tot het falen van het onderdeel leidde. Overstappen op roestvrij staal zou het product het beste dienen en duurzaamheid en weerstand tegen extreme temperaturen bieden. Maar eerst moest Eagle Alloy er zeker van zijn dat ze het onderdeel met succes konden vervaardigen met behulp van het alternatieve materiaal.

Gietsimulaties, uitgevoerd in MAGMA-software, vormden een belangrijk onderdeel van het planningsproces, vooral omdat het nieuwe onderdeel een ander materiaal zou gebruiken. De ingenieurs van Eagle Alloy moesten de poortsystemen van de mal en de gietstrategie optimaliseren om de kans op defecten te minimaliseren. Rechts:MAGMA stollingssimulatie van pomphuis, met dwarsdoorsnede (Eagle Alloy).

“Het originele onderdeel was gemaakt van ijzer en ijzer vloeit veel beter dan staal”, legt Jason Klein, Engineering Manager bij Eagle Alloy, uit. "De messen gaan tot bijna 1/8 inch, dus we moesten ervoor zorgen dat het metaal daar zou komen en dat het heet genoeg zou zijn om alle hoeken en gaten te vullen."

Dit proces – beginnend met computerondersteunde ontwerpen (CAD) en gevolgd door simulaties – maakt deel uit van wat Design for Manufacturing (DFM) wordt genoemd. DFM betekent dat onderdelen niet alleen met het oog op prestaties worden ontworpen, maar ook dat ze efficiënt en kosteneffectief kunnen worden geproduceerd. Het helpt ingenieurs om in een vroeg stadium slimme keuzes te maken, zodat het laatste onderdeel met vertrouwen volgens de noodzakelijke specificaties kan worden gemaakt voordat er metaal wordt gegoten.

Tegelijkertijd deed Eagle CNC aparte analyses. Hun ingenieurs merkten veel inconsistenties op in de twee originele pomphuizen, wat niet noodzakelijk een verrassing was gezien de technologische vooruitgang in de productie van de afgelopen 60 jaar. Eagle CNC koos voor de middenweg en stelde nominale afmetingen vast om ervoor te zorgen dat de nieuwe componenten consistent zouden zijn volgens de moderne productienormen.

De twee bedrijven communiceerden nauw met elkaar om ervoor te zorgen dat de matrijs – en het resulterende gegoten onderdeel – voldoende machines zou bevatten om Eagle CNC in staat te stellen de kritische afmetingen uit te snijden.

Bovendien ging Eagle CNC aan de slag met het helemaal opnieuw maken van de koperen inzetstukken (de aslagers die door het pomphuis liepen). "Ik heb meer dan twee uur besteed aan het operatief verwijderen van het originele onderdeel uit de kapotte behuizing. Toen ik het oude onderdeel eenmaal uit de behuizing had, heb ik gewerkt aan het reverse-engineeren van de vorm", herinnert Brandon Mead, Process Engineering Manager bij Eagle CNC zich.

Deze inzetstukken zouden later in het uiteindelijke pomphuis worden geschroefd en geschroefd, waardoor de turbine-as kon draaien en de boot kon voortstuwen.

3D-printen en gieten

Toen het malontwerp van het nieuwe pomphuis klaar was, werd de fysieke mal 3D-geprint door het in Ohio gevestigde Humtown Products, gespecialiseerd in 3D-geprinte zandmallen. Hoewel het primaire proces van Eagle Alloy het vormen van schaaldelen is, is 3D-geprint vormen een uitstekende optie voor prototypes en kleine series.

Na het printen leverde Humtown de mallen aan Eagle Alloy om de metalen gietstukken te gieten. Rechts:Eagle Alloy-operator monteert driedelige kern in de mal (Eagle Alloy).

Het kostte een paar pogingen om de casting goed te krijgen. De complexe interne structuur van het onderdeel maakte het noodzakelijk om over te schakelen van een tweedelige naar een driedelige mal om het goed te kunnen monteren, en dat vereiste verschillende herontwerpen.

Ondanks de uitdagingen maakten snelle feedback en samenwerking met Humtown snelle aanpassingen mogelijk, en de teams kwamen uiteindelijk tot een matrijsontwerp dat werkte. Eagle Alloy voltooide vervolgens het gieten in hun gieterij en het gegoten onderdeel ging naar Eagle CNC om de klus te klaren.

Bewerking bij Eagle CNC

In het productieproces is CNC-bewerking vaak de laatste stap en een van de belangrijkste:hier worden alle laatste details toegevoegd, wordt aan kritische toleranties voldaan en worden eventuele andere aanpassingen gedaan om het onderdeel te voltooien.

Het bewerkingsteam had al de kans gehad om modellen te bestuderen en bewerkingsprogramma's te plannen, maar het echte werk begon toen ze de gietstukken van Eagle Alloy ontvingen. Ze installeerden op maat gemaakte gereedschappen, ontwierpen armaturen om de werkstukken vast te houden en maten gedurende het hele proces nauwgezet om ervoor te zorgen dat alle onderdelen in elkaar pasten en functioneerden zoals gepland.

Omdat dit project zo complex was en er veel op het spel stond wat betreft materiaal- en arbeidsinvesteringen, wist Eagle CNC dat er geen foutenmarge was. Brandon Mead werkte nauw samen met Operation Black Sheep, een in Muskegon gevestigde non-profitorganisatie die zich inzet voor het eren van de geschiedenis van PBR's en de veteranen die daarin dienden. Black Sheep heeft onlangs hun eigen Mark II PBR gerestaureerd en ze hebben waardevol inzicht gegeven in hoe de afzonderlijke onderdelen in elkaar passen om de boot functioneel te maken. Ze bewaarden de PBR van Mark ook in hun magazijn terwijl deze buiten gebruik was, waardoor de fabrikanten gemakkelijk toegang hadden voor inspectie.

"Ik wilde het onderdeel en de toepassing ervan begrijpen", zei Brandon. "Alleen al het zien van gaten in een onderdeel gaat niet zo ver. Weten waar het voor is en het begrijpen van de bijbehorende componenten is essentieel. Dit zal de afmetingen, toleranties, spelingen en soms zelfs verbeteringen bepalen."

Van links naar rechts:ruw gieten bij Eagle Alloy; onderdeel in armatuur bij Eagle CNC; onderdeel na bewerking bij Eagle CNC

Gedeeltelijk op basis van de nieuwe kennis die Brandon opdeed tijdens zijn bezoeken aan Black Sheep, onderging Eagle CNC een aantal iteraties van hun oorspronkelijke plan. Ze schatten dat de verwerking van het eerste deel bijna twee weken duurde. Het tweede deel duurde volgens Eagle CNC-president Jason Clark ongeveer vier uur.

Eagle CNC maakte gebruik van een aantal machines om de onderdelen te verwerken. Het pomphuis werd bewerkt in een Doosan 5500 horizontale freesmachine, waarbij gebruik werd gemaakt van twee bewerkingsopstellingen (op maat gemaakt in eigen huis) om het onderdeel vast te houden voor verwerking. Ondertussen werd het koperen inzetstuk dat door de kern van het onderdeel liep, uit voorraad vervaardigd met behulp van een Mazak Multiplex 6200Y horizontale draaibank, met volledig op maat gemaakte opspanningen en programmering ontworpen door Eagle CNC.

Als belangrijke partner in de samenwerking toonde het werk van Eagle CNC aan het reverse-engineered pomphuis de breedte van hun machinale vaardigheden.

“We wisten allemaal dat we daartoe in staat waren”, zegt Jason Clark. “Het is gaaf als je met zoiets je engineeringafdeling daadwerkelijk kunt testen en het tot een product en een voltooide oplossing kunt zien komen.”

Brandon Mead, Eagle CNC Process Engineering Manager, met beide voltooide onderdelen

Van links naar rechts:origineel pomphuis; opnieuw ontworpen pomphuis

Van links naar rechts:origineel aslager; opnieuw ontworpen aslager

Collaboratieve productie is de sleutel tot kwaliteit en efficiëntie

Eén van de grootste krachten van dit project was de samenwerking tussen de verspanings- en gietbedrijven binnen de Eagle Group. Hoewel Eagle CNC het onderdeel rechtstreeks uit voorraad had kunnen bewerken, zou die aanpak veel materiaalintensiever en duurder zijn geweest. Door het onderdeel te gieten en vervolgens te bewerken, werden de totale kosten van het project met duizenden dollars verlaagd. De materiaalkosten voor het bewerken van alleen knuppels hadden de kosten met een factor vier kunnen verhogen.

Dit soort samenwerking is een kenmerk van de aanpak van de Eagle Group:klanten een complete oplossing bieden voor complexe componenten. In dit geval bracht het ook een historisch belangrijk onderdeel weer tot leven, iets wat geen enkel team alleen had kunnen bereiken.

Voorbij het metaal:wat het PBR-project van de Eagle Group vertegenwoordigt

Het duurde vier maanden om het idee om het kapotte pomphuis opnieuw te ontwerpen van concept tot voltooiing te brengen. Het nieuwe onderdeel is inmiddels klaar en de Eagle Group voert nog een aantal aanvullende reparaties uit om de boot in topconditie te krijgen. Mark Fazakerley hoopt hem op 4 juli weer te water te hebben.

Voor velen uit het tijdperk van de Vietnamoorlog is PBR #161 een krachtig symbool. Het dient als een tastbare manier om de geschiedenis te bewaren en verhalen levend te houden voor toekomstige generaties.

Collage op de bovenste pagina:een PBR (patrouilleboot, Riverine) op de My Tho-rivier, Zuid-Vietnam, juni 1969 (Nationaal Archief); Operators van Eagle Alloy gieten roestvrij staal in de mallen van pomphuizen