Die Trockenbearbeitung stellt mittlerweile einen wichtigen Bestandteil der angewandten Zerspantechnologie dar. Sie steht jedoch hinsichtlich der Prozessauslegung besonderen Herausforderungen gegenüber, denn die fehlende konvektive Wärmeabfuhr des Kühlschmierstoffs resultiert in einer Erwärmung und folglich in thermo-elastischen Deformationen der Werkstücke, Werkzeuge sowie der Maschinenkomponenten. Letztlich wirken sich diese Deformationen negativ auf die Fertigungsgenauigkeit aus, sodass trotz möglicher Vorteile in vielen Fällen auf die trockene Zerspanung verzichtet und weiterhin Kühlschmierstoff eingesetzt wird.

Aus jener Problematik leitete sich die Zielsetzung dieser Dissertation ab, einen Beitrag zur Modellierung und Simulation derartiger Effekte bei der Trockendrehbearbeitung zu leisten. Als Lösungsansatz wurde hierzu die Entwicklung eines Mehrskalenmodells erforscht, um bereits während der Prozessauslegung die thermo-elastischen Werkstückdeformationen zu berechnen, zu analysieren und zur Kompensation der Verformungen zu nutzen. Die Grundidee des Modells besteht darin, den Zerspanprozess auf unterschiedlichen zeitlichen und räumlichen Modellskalen zu simulieren, um eine möglichst präzise, jedoch recheneffiziente Simulation zu ermöglichen.

Auf einer mesoskopischen Modellskala wurde zunächst der thermomechanische Energieumsatz des Prozesses simuliert, um den Wärmestrom zu bestimmen, der von den Deformationszonen der Zerspanstelle in das Werkstück einfließt. Dieser Wärmestrom wurde anschließend auf eine makroskopische Modellskala überführt, auf der die Erwärmung und thermo-elastische Deformation des gesamten Werkstückes beim Trockendrehen simuliert wurde. Vorangehend an die Modellentwicklung und die modellbasierte thermische Analyse des Zerspanprozesses wurden zudem der thermo-mechanische Energieumsatz sowie die Reibung in Zerspanprozessen experimentell analysiert. Diese Analyse diente der Ermittlung der Modellanforderungen und Eingangsmodelle sowie zur Identifikation relevanter Einflussgrößen. Abschließend wurde das Simulationsmodell schließlich in den Anwendungszusammenhang überführt, um simulierte Form- und Maßabweichungen eines Demonstrator-Drehteils experimentellen Daten gegenüberzustellen. Die Ergebnisse zeigen, dass mit dem entwickelten Mehrskalenmodell thermo-elastische Form- und Maßabweichungen bei der Trockendrehbearbeitung effektiv berechnet und folglich in der Praxis deutlich reduziert werden können.