Der Werkzeugverschleiß nimmt entscheidend Einfluss auf die Zielgrößen im Zerspanprozess. Sowohl technologische Aspekte wie Zerspankraft, Spanbildung, Oberflächengüte und -integrität als auch ökonomische Parameter wie die Werkzeugkosten werden durch den Werkzeugverschleiß bestimmt. Trotz dieser Bedeutung für den Zerspanprozess basierten die Werkzeug- und Prozessauslegung primär auf zeit- und kostenaufwendigen iterativen, empirischen Untersuchungen.
Die Zielsetzung der Dissertation war es, einen Beitrag zur Modellierung und Simulation von Werkzeugverschleiß im kontinuierlichen Schnitt zu leisten. Dazu wurde ein mechanismenbasiertes Verschleißratenmodell hergeleitet, welches den lokalen verschleißbedingten Materialverlust am Werkzeug in Abhängigkeit von den thermomechanischen Werkzeugbelastungen beschreibt. Unter Verwendung einer numerischen Spanbildungssimulation wurde das Verschleißratenmodell eingesetzt, um zeitlich wie örtlich am Werkzeug aufgelöst den Verschleiß an Frei- und Spanfläche zu berechnen und zu simulieren.
Zunächst wurden tribologische Analogieversuche für den Verschleißmechanismus Abrasion sowie Diffusionsprozesse unter Zerspanbedingungen durchgeführt. Auf Basis dieser Versuche sowie der analysierten Literatur wurde anschließend ein Verschleißratenmodell entwickelt. Dabei wurden die mechanischen Verschleißmechanismen Abrasion und Adhäsion in Abhängigkeit von der lokalen Schneidstoffhärte modelliert. Diese wird neben der thermischen Entfestigung durch einen Diffusionsterm berechnet, welcher die diffusionsbedingte Entfestigung des Werkzeuges im Zerspanprozess beschreibt. Der hergeleitete quantitative Zusammenhang zwischen Verschleißrate und lokaler thermomechanischer Werkzeugbelastung wurde in einem hybriden Ansatz unter Verwendung von experimentellen und simulativen Untersuchungen mittels des Levenberg-Marquardt Algorithmus kalibriert. In einer umfassenden Subroutine wurde das Verschleißratenmodell in die numerische Spanbildungssimulation implementiert. Innerhalb der Subroutine wird in Abhängigkeit von der lokalen thermomechanischen Belastung unter Verwendung des Verschleißratenmodelles die lokale Verschleißrate berechnet und in der Geometrie des Werkzeuges direkt berücksichtigt, sodass sowohl Verschleiß als auch die Zerspanprozessreaktion prognostiziert werden können. Abschließend erfolgte eine Validierung der Verschleißsimulation mittels experimenteller Ergebnisse aus dem Außenlängsdrehprozess von C45E+N.