Производители Мичигана восстанавливают затонувший вьетнамский патрульный катер, чтя ветеранов

Сотрудничество между литьем и обработкой для ре-инжиниринга утерянного компонента вьетнамского патрульного катера

Мичиганские производители Eagle CNC и Eagle Alloy испытали свои возможности, когда они принялись реплицировать ключевой компонент вьетнамской эпохи патрульного катера как стальную отливку. Для команды за отливкой этот проект — больше, чем просто починка лодки; это о сохранении истории, чтении наследия тех, кто служил и жертвовал, и обеспечении того, чтобы их истории продолжали рассказываться для будущих поколений.

«Можно ли воссоздать эту деталь?»

Такой вопрос Марк Фазакерли задал, когда он рассматривал корродированный и сломанный компонент, извлеченный из затонувшего корпуса его лодки. Это был коварно простой вопрос — потому что это была не просто деталь, и это была не просто лодка. Судно было оригинальным Mark I PBR (Patrol Boat, Riverine) из Вьетнамской войны, и деталь в вопросе была 60-летним корпусом насоса, жизненно важным компонентом приводной системы. Когда корпус насоса отказал, это заставило лодку неожиданно затонуть в озере Маскегон.

Связь Фазакерли с PBR — и профессиональная, и глубоко личная. Морской ветеран, служивший в Вьетнамской войне, он был почти назначен на службу на PBR перед назначением на операции LSD (Landing Ship, Dock). Его интерес к PBR отражает длительное чувство связи с теми, кто служил на реках во Вьетнаме — некоторые из которых друзья из его общины в Маскегоне, служившие на борту PBR. Для Марка Фазакерли воскрешение PBR было не просто ремонтным проектом; это была миссия чествовать прошлое и тех, кто служил.

Чтобы ответить на этот зов, мичиганские компании Eagle Alloy и Eagle CNC вступили, обе долгосрочные лидеры в литье и обработке. Это было подходящее соединение, так как Марк Фазакерли также является сооснователем Eagle Alloy и ко-председателем совета директоров обеих компаний. Что последовало — это месяцы длительное сотрудничество среди инженеров, литейщиков и специалистов по обработке, каждый привнося свою экспертизу за стол, чтобы помочь восстановить кусок морской истории. Результат был больше, чем просто техническим успехом; это была дань ветеранам и свидетельство того, что можно достичь через командную работу и общую приверженность.

Историческое значение PBR

Речные патрульные лодки были среди самых знаковых судов Вьетнамской войны. Они служили как часть Брауноводного флота, названного из-за грязных условий вьетнамских рек и дельт. Эти лодки не имели пропеллеров и могли работать всего в 18 дюймах воды, делая их идеальными для патрулирования мелких и узких внутренних водных путей, куда традиционные военные корабли не могли зайти.

Кино-тривиа: В «Apocalypse Now» лодка, несущая капитана Вилларда (Мартина Шина) вверх по реке, — это PBR.

PBR были в службе с 1966 по 1973 год. Маленькие, маневренные и тяжело вооруженные, они выполняли высокорисковые миссии вроде разведки рек и каналов на наличие вражеских сил, остановки вражеских поставок и разведывательных патрулей. Они также были основными суднами, выполнявшими засады на вражеской территории. Экипажи работали под постоянной угрозой и частым огнем, делая службу на PBR одной из самых опасных назначений в войне. Около 3500 моряков служили на борту этих судов — рискуя своими жизнями в театре войны, который часто упускается из виду.

Лодка в центре этого проекта имеет особую историческую ценность. Это Mark I PBR, первая модель, использованная во Вьетнаме. Из 161 лодки Mark I, построенных ВМС, это — #161 — самая последняя такого рода, произведенная, и единственный известный Mark I, все еще в эксплуатации сегодня.

«PBR Underway in Suisun Bay», 1966 (Национальные архивы)

Бросай корабль! Затонувший обратный ход становится возможностью

PBR Марка Фазакерли демонстрировался на авиашоу Wings Over Muskegon в несколько случаев, и каждое День памяти он участвует в День ветеранов рядом с подводной лодкой USS Silversides. Его эксплуатация предоставляет редкую, тактильную связь с прошлым и стоит как живое напоминание о мужестве и жертве храбрых мужчин, служивших в Вьетнамской войне.

PBR #161 на выставке в музее подводной лодки USS Silversides в Маскегоне, штат Мичиган

Но как бы то ни было, выживание в войне не уберегло его от мирных неприятностей. Во время того, что должно было быть рутинным выходом, лодка внезапно затонула. PBR регулярно давала прогулки на озере Маскегон, и в этот конкретный день был громкий шум на борту — затем, без предупреждения, лодка начала быстро набирать воду. Пассажиры, включая собственного зятя Марка, должны были прыгнуть за борт, пока лодка тонула под ними.

В течение четырех минут PBR #161 ушел на глубину 53 фута. К счастью, близкие рыбаки пришли на помощь пассажирам, и никто не пострадал. Справа: рыбаки спасают пассажиров и экипаж PBR #161.

Марк думал, что никогда не увидит свою лодку снова, но дайверы добровольно помогли, используя спасательные шары, чтобы поднять её обратно на поверхность. После осмотра лодки причина отказа стала ясной: кусок корпуса насоса развалился. Этот компонент соединяет и защищает части, отвечающие за откачку воды наружу и продвижение лодки. Когда он отказал, система вместо этого начала быстро накачивать воду внутрь лодки вместо наружу, заставляя её тонуть.

У каждого PBR есть два таких корпуса, по одной на каждую сторону пропульсивной системы. Учитывая их возраст и идентичный материал, было решено заменить оба. Но был препятствие: оригинальные детали больше не производились, и флотские запасы иссякли десятилетия назад. Вот когда включилась изобретательность, и Марк увидел возможность ре-инжиниринга детали с небольшой помощью от друзей.

«Если бы у меня не было прямого доступа к литейному цеху и машиностроительной мастерской, я не смог бы воспроизвести эту деталь. Это было бы концом функционального использования лодки», сказал Марк.

Eagle Alloy и Eagle CNC приняли вызов. Объединяя экспертизу Eagle Alloy в литье с высокоточной обработкой Eagle CNC, они принялись реверс-инжинирить деталь. Это включало анализ поврежденного компонента для понимания его структуры и функции, а затем литье и обработку его с нуля для еще лучшей производительности и долговечности.

Коллаборативный процесс: от сканирования к литью

Без чертежей для работы, Eagle Alloy и Eagle CNC тесно сотрудничали от концепции до завершения, начиная с тщательной цифровой реконструкции и двигаясь шаг за шагом через современный производственный процесс.

Eagle Alloy сфокусировался на дизайне формы и подготовке отливки, в то время как Eagle CNC — финишный производитель — убедился, что дизайн и конечный продукт соответствуют всем необходимым спецификациям. Обе команды работали одновременно, но независимо, поддерживая выравнивание для обеспечения высокого качества, минимизации производственных проблем и создания более плавного общего производственного процесса.

Ниже представлен обзор пути, который они прошли для замены треснувших корпусов насосов PBR.

3D-сканирование и создание 3D-модели

Первым шагом было сканирование оригинальных корпусов насосов с использованием 3D-сканирующей технологии. Это создало детальное цифровое изображение поверхности и формы детали. Haven Metrology обработал этот шаг, и они вернули 3D-сканы оригинальных деталей и детальную 3D-модель в Eagle Alloy и Eagle CNC. Эти стали отправной точкой для проектирования формы для отливки и руководства остального процесса.

Дизайн формы и симуляция литья

Eagle Alloy взял на себя проектирование формы и запуск симуляций литья в цифровой среде. Их инженеры использовали 3D-моделирование и ПО симуляции литья для создания плана литья.

Оригинальные корпуса насосов были сделаны из Ni-Hard железа, которое является экстремально твердым, но также хрупким материалом. Анализ сломанной детали раскрыл обширные внутренние микротрещины, и инженеры Eagle Alloy заключили, что обломанность со временем, вероятно, привела к отказу детали. Переход на нержавеющую сталь лучше бы خدم продукту и предложил бы долговечность и устойчивость к экстремальным температурам. Но сначала Eagle Alloy должен был быть уверен, что они могут успешно произвести деталь с альтернативным материалом.

Симуляции литья, запущенные в ПО MAGMA, были ключевой частью процесса планирования, особенно потому что новая деталь использовала бы другой материал. Инженерам Eagle Alloy нужно было оптимизировать гейтинговые системы формы и стратегию заливки для минимизации шансов дефектов. Справа: MAGMA симуляция затвердевания корпуса насоса, показывающая поперечное сечение (Eagle Alloy).

«Оригинальная деталь была сделана из железа, и железо течет гораздо лучше, чем сталь», объяснил Джейсон Кляйн, менеджер по инженерии в Eagle Alloy. «Лопатки идут до почти 1/8 дюйма, поэтому мы должны были убедиться, что металл доберется туда, и он будет достаточно горячим, чтобы заполнить все углы и щели».

Этот процесс — начиная с компьютерно-спомогаемых дизайнов (CAD) и следующим симуляциям — является частью того, что называется Design for Manufacturing (DFM). DFM означает проектирование деталей не только для производительности, но и для эффективного и экономичного производства. Это помогает инженерам принимать умные решения рано, чтобы конечная деталь могла быть сделана по необходимым спецификациям с уверенностью до того, как любой металл будет залит.

В то же время Eagle CNC проводил отдельные анализы. Их инженеры заметили много несоответствий в двух оригинальных корпусах насоса, что не обязательно было удивительно, учитывая технологические достижения в производстве за последние 60 лет. Идя по средней линии, Eagle CNC установил номинальные измерения для обеспечения того, что новые компоненты будут последовательны согласно современным производственным стандартам.

Две компании тесно коммуницировали, чтобы обеспечить, что форма — и полученная отливка — включат достаточный механический припуск, чтобы Eagle CNC мог вырезать критические размеры.

Кроме того, Eagle CNC принялся создавать латунные вставки — валоподшипники, пронизывавшие корпус насоса — с нуля. «Я потратил 2+ часа хирургически удаляя оригинальную деталь из сломанного корпуса. Как только у меня была старая деталь вне корпуса, я работал над реверс-инжинирингом формы», вспоминал Брандон Мид, менеджер по процессной инженерии в Eagle CNC.

Эти вставки позже были нарезаны и завинчены в финальный корпус насоса, позволяя турбинному валу вращаться и двигать лодку.

3D-печать и литье

Как только дизайн формы нового корпуса насоса был готов, физическая форма была 3D-напечатана Огайо-базированной Humtown Products, специализирующейся на 3D-напечатанных песочных формах. Пока основной процесс Eagle Alloy — оболочевая форма, 3D-напечатанная форма — отличный вариант для прототипов и малых серий.

После печати Humtown доставил формы в Eagle Alloy для заливки металлических отливок. Справа: оператор Eagle Alloy собирает 3-частное ядро в форму (Eagle Alloy).

Получение правильного литья заняло несколько попыток. Сложная внутренняя структура детали сделала необходимым переход от двухчастной к трехчастной форме для правильной сборки, и это потребовало нескольких перепроектировок.

Несмотря на вызовы, быстрая обратная связь и сотрудничество с Humtown позволили быстрые корректировки, и команды в конечном счете пришли к дизайну формы, который работал. Eagle Alloy затем завершил заливку в своем литейном цеху, и отливка пошла в Eagle CNC для завершения работы.

Обработка в Eagle CNC

В производственном процессе ЧПУ-обработка часто является последним шагом и одним из самых важных: это где добавляются все финальные детали, критические допуски соблюдаются, и любые другие корректировки делаются для завершения детали.

Команда обработки уже имела возможность изучить модели и спланировать программы обработки, но настоящая работа началась, когда они получили отливки от Eagle Alloy. Они настроили кастомный инструментарий, спроектировали приспособления для удержания заготовок и измеряли тщательно на протяжении процесса, чтобы обеспечить, что все детали подойдут вместе и будут функционировать как запланировано.

Поскольку этот проект имел такую сложность, и многое было на кону в терминах материала и трудовых вложений, Eagle CNC знали, что у них нулевой допуск для ошибки. Брандон Мид тесно работал с Operation Black Sheep, маскегонской некоммерческой организацией, посвященной чествованию истории PBR и ветеранов, служивших на них. Black Sheep недавно восстановили свой собственный Mark II PBR, и они предоставили ценный инсайт в то, как отдельные детали подходят вместе, чтобы сделать лодку функциональной. Они также хранили PBR Марка на своем складе, пока он был вне службы, предлагая легкий доступ производителям для инспекции.

«Я искал понимание детали и её применения», сказал Брандон. «Просто видение отверстий в детали идет только так далеко, знание, для чего она и понимание сопрягающих компонентов — это существенно. Это информирует размеры, допуски, зазоры и иногда даже улучшения».

Слева направо: сырая отливка в Eagle Alloy; деталь в приспособлении в Eagle CNC; деталь после обработки в Eagle CNC

Основываясь частично на новых знаниях, полученных Брандоном от своих визитов к Black Sheep, Eagle CNC прошли через несколько итераций их оригинального плана. Они оценивают, что обработка первой детали заняла почти две недели. Вторая деталь, по словам президента Eagle CNC Джейсона Кларка, заняла около четырех часов.

Eagle CNC использовало несколько станков для обработки деталей. Корпус насоса был обработан на горизонтально-фрезерном станке Doosan 5500, используя два приспособления для обработки (сделанные в-house) для удержания детали для обработки. В то же время латунная вставка, проходящая через ядро детали, была обработана со склада с использованием горизонтально-точного станка Mazak Multiplex 6200Y, с полностью кастомными приспособлениями и программированием, спроектированным Eagle CNC.

Как ключевой партнер в сотрудничестве, работа Eagle CNC над реверс-инжинирированным корпусом насоса продемонстрировала широту их навыков обработки.

«Мы все знали, что у нас есть способность», сказал Джейсон Кларк. «Это круто, когда ты можешь фактически протестировать свой инженерный отдел чем-то вроде этого и увидеть, как это приходит к продукту и готовому решению».

Брандон Мид, менеджер по процессной инженерии Eagle CNC, с обеими готовыми деталями

Слева направо: оригинальный корпус насоса; ре-инжинирированный корпус насоса

Слева направо: оригинальный валоподшипник; ре-инжинирированный валоподшипник

Коллаборативное производство — ключ к качеству и эффективности

Одна из крупнейших сил этого проекта было сотрудничество между машиностроительной и литейной компаниями внутри Eagle Group. Пока Eagle CNC мог бы обработать деталь прямо со склада, тот подход был бы гораздо более материалоемким и дорогостоящим. Льем деталь и затем обрабатывая, общая стоимость проекта была снижена на тысячи долларов. Материальная стоимость обработки из биллета одна могла бы увеличить стоимость в четыре раза.

Этот вид сотрудничества — признак подхода Eagle Group — предлагая клиентам полное решение для сложных компонентов. В этом случае это также вернуло к жизни исторически значимую деталь — то, чего ни одна команда не могла достичь в одиночку.

За пределами металла: что представляет проект Eagle Group PBR

Потребовалось четыре месяца, чтобы перевести идею ре-инжиниринга сломанного корпуса насоса от концепции к завершению. Новый компонент теперь готов, и Eagle Group адресует несколько дополнительных ремонтов, чтобы привести лодку в лучшее состояние. Марк Фазакерли надеется иметь её обратно на воде к 4 июля.

Для многих из эпохи Вьетнамской войны PBR #161 — мощный символ. Она служит осязаемым способом сохранить историю и держать истории живыми для будущих поколений.

Коллаж на титульной странице: PBR (Patrol Boat, Riverine) на реке Мы Тхо, Южный Вьетнам, июнь 1969 (Национальные архивы); операторы Eagle Alloy заливают нержавеющую сталь в формы корпуса насоса