미시간 제조업체들, 침몰한 베트남 순찰정 복원해 참전용사 기리다

주조와 가공의 협업으로 베트남 시대 순찰정의 잃어버린 구성품 재설계

머스키건 기반 제조업체 이글 CNC와 이글 알로이는 베트남 시대 순찰정의 핵심 구성품을 강철 주조품으로 복제하는 데 역량을 시험했습니다. 주조 팀에게 이 프로젝트는 단순히 배를 고치는 것이 아닙니다. 역사를 보존하고, 봉사하고 희생한 사람들의 유산을 기리며, 그들의 이야기가 다음 세대에도 계속 전해지도록 하는 것입니다.

"이 부품을 재현할 수 있을까?"

마크 파자커리(Mark Fazakerley)는 자신의 배의 침몰한 선체에서 회수된 부식되고 부서진 구성품을 검토하며 물었습니다. 그것은 겉보기엔 단순한 질문이었습니다. 왜냐하면 이것은 단순한 부품이 아니었고, 단순한 배도 아니었기 때문입니다. 그 선박은 베트남 전쟁의 오리지널 마크 I PBR(Patrol Boat, Riverine)이었고, 문제의 부품은 60년 된 펌프 하우징으로, 구동 시스템의 필수 구성품이었습니다. 펌프 하우징이 고장 나자 배가 머스키건 호수에서 예기치 않게 침몰했습니다.

파자커리의 PBR과의 연결은 직업적이면서도 깊이 개인적입니다. 베트남 전쟁에서 복무한 해군 베테랑인 그는 PBR 임무에 배정될 뻔했으나 LSD(Landing Ship, Dock) 작전으로 배정되었습니다. 그의 PBR에 대한 관심은 머스키건 지역 사회의 친구들 중 PBR에 탑승해 복무한 사람들을 포함해 베트남의 강에서 복무한 사람들과의 지속적인 연결감을 반영합니다. 마크 파자커리에게 PBR 부활은 단순한 수리 프로젝트가 아니었습니다. 과거와 봉사한 사람들을 기리는 임무였습니다.

그 부름에 응답해, 머스키건 기반 기업 이글 알로이와 이글 CNC가 나섰습니다. 둘 다 금속 주조와 가공 분야의 오랜 리더들입니다. 마크 파자커리가 이글 알로이의 공동 창업자이자 두 회사의 이사회 공동 의장이기도 하다는 점도 적절한 연결이었습니다. 이어진 것은 엔지니어, 금속 주조업자, 가공 전문가들 간의 수개월간 협업이었으며, 각자 전문성을 테이블에 올려 해군 역사의 한 조각을 복원하는 것을 도왔습니다. 결과는 단순한 기술적 성공 이상이었습니다. 그것은 참전용사들에 대한 헌사이자, 팀워크와 공유된 헌신으로 무엇을 성취할 수 있는지 보여주는 증거였습니다.

PBR의 역사적 중요성

강 순찰정은 베트남 전쟁에서 가장 상징적인 선박 중 하나였습니다. 이들은 베트남 강과 삼각주의 진흙 조건으로 인해 갈색 물 해군(Brown Water Navy)으로 명명된 부대의 일원으로 복무했습니다. 이 배들은 프로펠러가 없었고 최소 18인치 물에서도 작동할 수 있어 전통적인 해군 함정이 갈 수 없는 얕고 좁은 내륙 수로 순찰에 이상적이었습니다.

영화 트리비아: "지옥의 묵시록(Apocalypse Now)"에서 윌라드 대위(마틴 신 분)를 강 상류로 태운 배가 PBR입니다.

PBR은 1966년부터 1973년까지 복무했습니다. 작고 민첩하며 중무장한 이들은 적군 정찰, 적 보급 차단, 정찰 순찰 같은 고위험 임무를 수행했습니다. 또한 적지에서 매복을 수행한 주요 선박이었습니다. 승무원들은 끊임없는 위협과 빈번한 포화 하에서 작동해 PBR 임무를 전쟁에서 가장 위험한 임무 중 하나로 만들었습니다. 약 3,500명의 선원들이 이 함정에서 복무했으며, 종종 간과되는 전쟁터에서 목숨을 걸었습니다.

이 프로젝트의 중심이 된 배는 특별한 역사적 가치를 지닙니다. 그것은 베트남에서 사용된 첫 번째 모델인 마크 I PBR입니다. 해군이 건조한 161척의 마크 I 보트 중 이 배는 #161, 즉 그 종류 중 마지막으로 생산된 배이자 오늘날까지 운영되는 것으로 알려진 유일한 마크 I입니다.

"수이순 만에서 항해 중인 PBR," 1966 (국립 기록원)

배를 버려라! 침몰 좌절이 기회가 되다

마크 파자커리의 PBR은 여러 차례 윙스 오버 머스키건 에어쇼(Wings Over Muskegon Air Show)에 전시되었으며, 매 메모리얼 데이에는 USS 실버사이드 잠수함(USS Silversides Submarine)과 함께 베테랑의 날 행사에 참여합니다. 그 운영은 과거와의 드문 실질적 연결을 제공하며 베트남 전쟁에서 복무한 용감한 남성들의 용기와 희생을 상기시키는 살아있는 기억으로 서 있습니다.

미시간 주 머스키건 USS 실버사이드 잠수함 박물관에 전시된 PBR #161

하지만 운이 따르지 않아, 전쟁을 살아남은 것이 평시의 문제를 피하게 해주지는 않았습니다. 일상적인 외출 중 배가 갑자기 침몰했습니다. PBR은 정기적으로 머스키건 호수에서 승선 체험을 제공했는데, 이날 배 안에서 큰 소리가 난 뒤 경고 없이 급격히 물이 차오르기 시작했습니다. 마크의 사위를 포함한 승객들은 배가 그들 아래로 가라앉자 뛰어내려야 했습니다.

4분 만에 PBR #161은 53피트 깊이로 가라앉았습니다. 다행히 근처 어부들이 승객들을 구조했고, 아무도 다치지 않았습니다. 오른쪽: 어부들이 PBR #161 승객들과 승무원을 구조하고 있다.

마크는 다시는 배를 볼 수 없을 것이라 생각했지만, 다이버들이 자원해 구조 풍선을 사용해 수면으로 다시 올렸습니다. 배를 검사한 후 고장 원인이 명확해졌습니다: 펌프 하우징의 덩어리가 부서져 나갔습니다. 이 구성품은 물을 퍼내고 배를 추진하는 부품을 연결하고 보호합니다. 고장 나자 시스템은 물을 배 밖으로 퍼내는 대신 배 안으로 급격히 퍼내기 시작해 침몰시켰습니다.

각 PBR에는 추진 시스템 양쪽에 이 하우징이 하나씩 있습니다. 나이와 동일한 재료를 고려해 둘 다 교체하기로 결정했습니다. 하지만 장애물이 있었습니다: 원래 부품은 더 이상 제조되지 않았고, 해군 잉여품도 수십 년 전 말라버렸습니다. 그때 독창성이 발휘되었고, 마크는 친구들의 도움으로 부품을 재설계할 기회를 보았습니다.

"내가 직접 주조소와 기계 공장에 접근할 수 없었다면 이 부품을 재현할 수 없었을 겁니다. 그건 배의 기능적 사용의 끝이었을 겁니다." 마크가 말했습니다.

이글 알로이와 이글 CNC가 도전을 받아들였습니다. 이글 알로이의 주조 전문성과 이글 CNC의 정밀 가공을 결합해 부품을 리버스 엔지니어링하기로 했습니다. 이는 손상된 구성품을 분석해 구조와 기능을 이해한 다음, 더 나은 성능과 내구성을 위해 처음부터 주조하고 가공하는 것을 포함했습니다.

협업 프로세스: 스캔에서 주조까지

작업할 도면이 없었기 때문에, 이글 알로이와 이글 CNC는 개념부터 완료까지 긴밀히 협력했습니다. 신중한 디지털 재구성으로 시작해 현대 제조 공정을 단계별로 진행했습니다.

이글 알로이는 금형 설계와 주조 준비에 집중했고, 이글 CNC(마무리 제조업체)는 설계와 최종 제품이 모든 필수 사양을 충족하는지 확인했습니다. 두 팀은 동시에 독립적으로 작업하면서 정렬을 유지해 높은 품질을 보장하고, 생산 문제를 최소화하며, 더 원활한 전체 제조 공정을 만들었습니다.

아래는 갈라진 PBR 펌프 하우징을 교체하기 위해 그들이 따랐던 경로의 개요입니다.

3D 스캐닝 및 3D 모델 생성

첫 번째 단계는 3D 스캐닝 기술을 사용해 원래 펌프 하우징을 스캔하는 것이었습니다. 이는 부품 표면과 모양의 상세한 디지털 이미지를 생성했습니다. 헤이븐 메트롤로지(Haven Metrology)가 이 단계를 처리했고, 원래 부품의 3D 스캔과 상세한 3D 모델을 이글 알로이와 이글 CNC에 반환했습니다. 이들은 주조용 금형 설계와 나머지 공정 안내의 출발점이 되었습니다.

금형 설계 및 주조 시뮬레이션

이글 알로이가 금형 설계를 맡고 디지털 환경에서 주조 시뮬레이션을 실행했습니다. 사내 엔지니어들은 3D 모델링과 주조 시뮬레이션 소프트웨어를 사용해 주조 계획을 수립했습니다.

원래 펌프 하우징은 니하드(Ni-Hard) 철로 만들어졌는데, 이는 매우 단단하지만 부서지기 쉬운 재료입니다. 부서진 부품 분석은 광범위한 내부 미세 균열을 드러냈고, 이글 알로이 엔지니어들은 시간이 지남 따른 취화(embrittlement)가 부품 고장으로 이어졌을 가능성이 높다고 결론지었습니다. 스테인리스강으로 전환하면 내구성과 극한 온도 저항성을 위해 제품에 가장 적합할 것입니다. 하지만 먼저 이글 알로이는 대체 재료로 부품을 성공적으로 제조할 수 있는지 확신해야 했습니다.

MAGMA 소프트웨어에서 실행된 주조 시뮬레이션은 계획 공정의 핵심 부분이었습니다. 특히 새 부품이 다른 재료를 사용하기 때문입니다. 이글 알로이 엔지니어들은 결함 가능성을 최소화하기 위해 금형의 게이팅 시스템과 주입 전략을 최적화해야 했습니다. 오른쪽: 펌프 하우징의 MAGMA 응고 시뮬레이션, 단면도 표시 (이글 알로이).

"원래 부품은 철로 만들어졌고, 철은 강철보다 훨씬 잘 흐릅니다."라고 이글 알로이의 엔지니어링 매니저 제이슨 클라인(Jason Klein)은 설명했습니다. "날개가 거의 1/8 인치까지 내려가서, 금속이 거기에 도달할 것이고 모든 구석구석을 채울 만큼 충분히 뜨거울지 확인해야 했습니다."

이 프로세스(컴퓨터 지원 설계(CAD)로 시작해 시뮬레이션으로 이어짐)는 제조를 위한 설계(Design for Manufacturing, DFM)의 일부입니다. DFM은 부품을 성능뿐만 아니라 효율적이고 비용 효율적으로 생산할 수 있도록 설계하는 것을 의미합니다. 이는 엔지니어들이 초기에 현명한 선택을 할 수 있게 해, 금속이 부어지기 전에 최종 부품이 필요한 사양으로 만들어질 수 있다는 확신을 줍니다.

동시에 이글 CNC는 별도 분석을 수행했습니다. 그들의 엔지니어들은 두 개의 원래 펌프 하우징에서 많은 불일치를 발견했는데, 지난 60년간 제조 기술 발전을 고려하면 반드시 놀랄 일은 아니었습니다. 중간 길을 택해 이글 CNC는 새로운 구성품이 현대 제조 표준에 따라 일관되도록 공칭 치수를 설정했습니다.

두 회사는 금형과 결과 주조품이 이글 CNC가 중요한 치수를 깎아낼 수 있는 충분한 머신 스톡을 포함하도록 보장하기 위해 긴밀히 소통했습니다.

또한 이글 CNC는 펌프 하우징을 관통하는 황동 인서트(축 베어링)를 처음부터 만드는 작업을 시작했습니다. "부서진 하우징에서 원래 부품을 외과적으로 제거하는 데 2시간 이상 걸렸습니다. 하우징에서 오래된 부품을 꺼내자 모양을 리버스 엔지니어링하는 작업을 했습니다."라고 이글 CNC의 공정 엔지니어링 매니저 브랜든 미드(Brandon Mead)는 회상했습니다.

이 인서트들은 나중에 나사 처리되어 최종 펌프 하우징에 나사로 고정되어 터빈 축이 회전하고 배를 추진할 수 있게 합니다.

3D 프린팅 및 주조

새 펌프 하우징의 금형 설계가 준비되면, 물리적 금형은 오하이오 기반 험타운 프로덕츠(Humtown Products)가 3D 프린팅했습니다. 이들은 3D 프린팅 모래 금형을 전문으로 합니다. 이글 알로이의 주 공정은 쉘 몰딩이지만, 3D 프린팅 몰딩은 프로토타입과 소량 생산에 훌륭한 옵션입니다.

프린팅 후 험타운이 금형을 이글 알로이에 배송해 금속 주조를 부었습니다. 오른쪽: 이글 알로이 작업자가 3피스 코어를 금형에 조립 중 (이글 알로이).

주조를 제대로 하려면 몇 번의 시도가 필요했습니다. 부품의 복잡한 내부 구조로 인해 2피스에서 3피스 금형으로 전환해야 제대로 조립되었고, 이는 여러 재설계를 요구했습니다.

어려움에도 불구하고 험타운과의 빠른 피드백과 협업으로 신속한 조정이 가능했고, 팀은 결국 작동하는 금형 설계에 도달했습니다. 이글 알로이는 주조소에서 주입을 완료했고, 주조 부품은 이글 CNC로 가서 마무리 작업을 했습니다.

이글 CNC에서의 가공

제조 공정에서 CNC 가공은 종종 마지막 단계이자 가장 중요한 단계 중 하나입니다. 이곳에서 모든 최종 디테일이 추가되고, 중요한 공차가 충족되며, 부품을 완성하기 위한 다른 조정이 이루어집니다.

가공 팀은 이미 모델을 연구하고 가공 프로그램을 계획할 기회를 가졌지만, 실제 작업은 이글 알로이에서 주조품을 받았을 때 시작했습니다. 맞춤 툴링을 설정하고, 공작물을 고정하기 위한 고정구를 설계했으며, 모든 부품이 계획대로 맞물리고 작동하도록 공정 전반에 걸쳐 세심하게 측정했습니다.

이 프로젝트는 매우 복잡했고, 재료와 노동 투자 측면에서 많은 것이 걸려 있었기 때문에 이글 CNC는 오류 허용 범위가 제로임을 알았습니다. 브랜든 미드는 PBR의 역사와 그 위에서 복무한 베테랑들을 기리는 데 전념하는 머스키건 기반 비영리 단체인 오퍼레이션 블랙 쉽(Operation Black Sheep)과 긴밀히 협력했습니다. 블랙 쉽은 최근 그들 자신의 마크 II PBR을 복원했고, 개별 부품이 어떻게 결합되어 배를 기능적으로 만드는지에 대한 귀중한 통찰을 제공했습니다. 또한 마크의 PBR을 서비스 중단 중 창고에 보관해 제조업체들이 쉽게 검사할 수 있게 했습니다.

"부품과 그 애플리케이션을 이해하고 싶었습니다." 브랜든이 말했습니다. "부품의 구멍만 보는 건 한계가 있습니다. 그것이 무엇인지 알고 짝을 이루는 구성품을 이해하는 것이 필수적입니다. 이는 치수, 공차, 클리어런스, 때로는 개선점까지 알려줍니다."

왼쪽부터: 이글 알로이의 원시 주조품; 이글 CNC의 고정구 속 부품; 이글 CNC 가공 후 부품

브랜든이 블랙 쉽 방문으로 얻은 새로운 지식에 부분적으로 기반해, 이글 CNC는 원래 계획의 여러 반복을 거쳤습니다. 첫 번째 부품 처리에 거의 2주가 걸렸다고 추정합니다. 이글 CNC 사장 제이슨 클라크(Jason Clark)에 따르면 두 번째 부품은 약 4시간이 걸렸습니다.

이글 CNC는 여러 기계를 사용해 부품을 가공했습니다. 펌프 하우징은 두산 5500 수평 밀링 머신에서, 사내 맞춤 제작된 두 개의 가공 고정구로 고정해 가공했습니다. 한편 부품 핵심을 관통하는 황동 인서트는 마작 멀티플렉스 6200Y 수평 선반에서, 이글 CNC가 설계한 완전 맞춤 고정구와 프로그래밍으로 가공되었습니다.

협업의 핵심 파트너로서, 이글 CNC의 리버스 엔지니어링 펌프 하우징 작업은 그들의 가공 기술의 폭을 보여주었습니다.

"우리 모두 역량이 있다는 걸 알았습니다." 제이슨 클라크가 말했습니다. "엔지니어링 부서를 이런 것으로 테스트해보고 제품과 완성된 솔루션으로 이어지는 것을 보는 건 멋집니다."

브랜든 미드, 이글 CNC 공정 엔지니어링 매니저, 두 완성 부품과 함께

왼쪽부터: 원래 펌프 하우징; 재설계된 펌프 하우징

왼쪽부터: 원래 축 베어링; 재설계된 축 베어링

협업 제조가 품질과 효율성의 열쇠

이 프로젝트의 가장 큰 강점 중 하나는 이글 그룹 내 가공사와 주조사 간의 협업이었습니다. 이글 CNC가 빌렛에서 직접 부품을 가공할 수도 있었지만, 그 접근 방식은 재료 면에서나 비용 면에서 훨씬 더 집약적이었을 것입니다. 주조 후 가공함으로써 프로젝트 전체 비용이 수천 달러 절감되었습니다. 빌렛에서 가공하는 것만으로도 재료 비용이 4배 증가할 수 있었습니다.

이런 종류의 협업은 이글 그룹 접근법의 특징입니다. 복잡한 구성품에 대한 완전한 솔루션을 고객에게 제공합니다. 이 경우, 그것은 어떤 단일 팀도 혼자 달성할 수 없었던 역사적으로 중요한 부품을 다시 살려냈습니다.

금속을 넘어: 이글 그룹의 PBR 프로젝트가 의미하는 것

깨진 펌프 하우징 재설계 아이디어를 개념에서 완료까지 가져가는 데 4개월이 걸렸습니다. 새 구성품은 이제 완성되었고, 이글 그룹은 배를 최상의 상태로 만들기 위해 몇 가지 추가 수리를 처리하고 있습니다. 마크 파자커리는 7월 4일까지 물 위에 다시 띄우기를 희망합니다.

베트남 전쟁 시대의 많은 사람들에게 PBR #161은 강력한 상징입니다. 그것은 역사를 보존하고 이야기를 미래 세대에게 살아있게 유지하는 가시적인 방법을 제공합니다.

상단 콜라주: 1969년 6월 남베트남 미토 강의 PBR(Patrol Boat, Riverine) (국립 기록원); 이글 알로이 작업자들이 펌프 하우징 금형에 스테인리스강 주입