目前的計算機輔助設計技術（CAD）已經很成熟，並開始在很多工業設計領域得到廣泛應用。為此本文主要利用CAD技術設計塑料異型材擠出模模頭，並進行相關研究工作，在此基礎上開發出壹種塑料異因而此方面的研究主要是優化設計擠出模頭流道。
本文主要以平開窗異型擠出成型是壹種很常用的擠壓成型方法，如果其加工的對象為塑料，則被稱為擠塑。也就是將塑料在擠出機料筒的作用下，通過受熱塑化處理之後繼續進行推送，推送之後就可以得到所需要的截面制品，並利用這種方法進行相關加工。
利用擠出成型加工時，先將料自料鬥進入料筒，並通過螺旋桿使螺桿表面向前輸送到加料段，這樣可以使加入的松散固體在輸送過程中被壓實；在壓縮段。螺槽深度出現明顯變化，並使得物料被進壹步壓實，然後繼續在料筒外加熱，並且同時通過料筒內壁摩擦剪切使得物料被加熱熔融，接著對物料均勻，定溫、處理之後得到熔體，然後成型就可以得到所需要的制品。
塑料異型材是擠出成型此過程可以看做為連續的動態過程，在擠壓過程中會經歷熔融、塑化、穩流等幾個步驟[1]。塑料擠出模行業發開始得到迅速發展，不過和國外的相關技術相比，還有壹定的差距。舉例來說目前我國的管進口擠出模技術相比國外的明顯較高，其差價很明顯，最大可以達到十幾倍，不過仍然有數百套擠出模進口[2]。
塑料型材擠出成型工藝與塑料的其它成型工藝不同，後者的工藝過程壹般是在模具的擠壓作用下實現的,塑料制品在加工過程中，物料和模具之間不會產生位移，此過程是連續的,在加工過程中主要經過穩流、分流、成型等幾個步驟。在加工時，塑料型材始終處於運動狀態，通過比較可以看出，塑料擠出成型相比有明顯的優點，主要表現在：生產效率較高，且過程是連續的，在很多領域內都廣泛應用，可方便的加工管材、棒材、板材等各種產品；成本也不高，收效快。
數，主要有機頸圓孔直徑、壓縮比等，這樣為此類型模接著利用Trial and Error進行設計，這種方法有壹定缺點，表現為設計後需要進行試模和修模，這樣會影響到成本和制造周期[11然而目前的生產實踐對產品的可靠性提出了更高的要求，需要通過三維設計來滿足這種需求，] 然而UG在進行開發時主要是基於/Moldwizard而設計開發過CAE技術來模擬分析物料在模具中的加工過程，這樣就可以確定出擠出模結構參數工藝條件，以及所得結果之間的影響關系，並根據此結果來優化模頭，提高產品質量，降低生產過程中的損耗和成本[20]。
關於擠出模頭的優化設計，國內外許多學者對此都進行了不同角度的研究[21-26]，不過在研究時主要是針對模具類型相關的問題，在大量簡化假設之後進行的，主要利用到解析解來進行相關設計並優化，這影響了其適用性。流道結構參數化建模，主要目的是滿足模頭出口處相關流動條件，並利用壹些優化設計工具和多目標驅動優化論可以對生產實踐，起到壹定的指導作用，且還可以較好的指導擠出模具的設計加工工作，進壹步提高模具設計的效率，縮短開發時間，為我國擠出模具制造業的發展起到壹定的推動作用。
1.2國內外的研究現狀及不足
隨著計算機技術的迅速發展，其開始在很多領域得到廣泛應用，與計算機技術緊密相關的CAD技術也開始應用在塑料擠出成型領域。進入20世紀70年代，德國等國開始投入大量資金研發塑料異型材擠出模相關的技術。在塑料異型材加工過程中利用CAD技術具有明顯的優勢，例如可以顯著的縮短塑料成型設計周期，提高制品質量。進入90年代之後CAD技術在國內開始迅速傳播，並在塑料的生產中得到廣泛應用。目前，我國許多企業科研單位開始利用CAD/CAE進行些塑料擠出模方面的研究，並取得了許多進展。
劉耀中等[27]對CAD技術在國內外塑料異型材擠出模領域的應用情況進行了深入介紹，並詳細介紹了擠出模整體CAD系統構建相關研究狀況，對此種技術的發展趨勢做出了具體預測，這些對CAD技術的相關應用有壹定參考意義。
陳玲等[28]在主要是對傳統塑料異型材擠出結構進行了仔細分析，並指出了其壹些缺陷，在此基礎上給出了壹種新的模具設計方案。此外她還利用CAD系統進行了相關優化設計工作，這種方法相對傳統的擠出制品生產過程有明顯的優勢，對改進塑料異型擠出技術起到壹定的指導作用。
陳林生[29]深入分了此種技術在塑料異型材擠出模具方面的實際應用情況，並提出了壹種依據PDM平臺來設計此種異型材擠出模具的思路。同時運用Delphi軟件具體分析了此種模具CAD系統方面的問題。
申長雨等[30]在此種技術方面做了很多對比研究，並得到了很多有參考價值的結論，其在對比分析擠出機頭模頭內流動情況後，然後利用數學模型方法具體研究了其流動過程。
孫丙宇[31]分析了此種擠出模頭和型材質量之間的影響關系，然後利用計算機對塑料異型材擠出模頭的結構進行了模擬分析。並根據流變學理論，具體分析了擠壓過程中熔體的流動情況。，英國威爾斯大學的J.sienZ等[32]建立了壹種基於塑料流量的優化函數，然後利用這種模型分析了平直段高度和材料流動速度的影響關系。通過實驗和數值模擬分析了拉伸因素對工件質量的影響；並且給出了優化模具幾何形狀時應考慮的具體因素。不過在計算機硬件技術迅速發展的形勢下，這種局限在不斷消除。
英國威爾斯大學的H.J.Ettinger等研究者還[33]提出了壹種改進PVC型材擠出模設計過程的壹種措施。此種措施主要是根據型材的特殊設計，而認為可以通過復雜模具結構參數化來達到相關目的。在優化時可以將復雜的模具三維形狀通過二維的“Die壹Slices”代替,這樣可以確定出最好的橫截面形狀，在優化時可以利用流動有限元分析工具。
德國設計人員W.Mieheaeli[34]深入研究了目前已有的擠出模具結構設計方法，並提出了壹種改進方法，此種方法主要是利用有限元分析工具，這樣可以提高叠代計算的速度。優化結果對修改流道幾何形狀有壹定幫助作用，這樣可以使出口的速度相壹致，接著他依據相關實際模型分析驗證此方法的正確性。
國內壹些學者主要是利用相關模型方法分析了擠出成型數值模擬的優缺點，並得到了壹些有參考價值的結論。申長雨等[35]深入分析了塑料異型材擠出成型技術的現有模型，並適當簡化了擠出模頭內的流動情況，然後確定的出擠出模頭內熔體流動模型。同時利用橫截面法/等相關方法確定出混合的異型材擠出成型相關流動性問題，並據此分析了多個分支流道條件下的出口處熔體流速，這壹結果對判斷模頭流道設計是否合理有重要參考價值，且計算量較小，在實際應用領域有較高使用價值。
劉斌和王敏傑等[36]建立了擠出模參數優化模型，主要是在功能劃分的基礎上確定出的，這種方法可以較好的幫助建立面向CAE的控制模型。在此基礎之上,其對原有的擠出模設計方法進行了優化，並建立了壹種基於最優化理論的模型優化方法。此種方法主要考慮到擠出流動平衡，並結合橫向流動原則，這樣可以盡量減少模具結構導致的影響，其具有較高的實用性。
（1） 申開智等[37]研究者建立了衣架型擠出模頭的優化模型，並在壹定簡化假設基礎上得到流動數學模型，然後利用模型分析了參數對流動的影響，並利用相關結果研發了壹種軟件。異型材擠出模具研究相對較少，也很少有人進行模架方面的研究，目前國內關於擠出模的研究主要有如下方面：對模塊進行參數化處理，建立標準件庫，組裝。不過如果選擇這種設計方法則需要確定出相應的板塊螺釘、銷釘的位置、裝配，這樣對設計工作有壹定不利影響模具類型相關的具體問題進行了研究，並深入分析了“T”形、“工”形等截面類型的型材，不過並沒有進入實際應用階段，其適用性還不能滿足實際的需要，此外相關空異型材擠出模優化研究還缺乏，因而需要研平開窗類型的擠出模具主要包括模頭和定型模兩部分，前壹部分主要作用是得到異型材型坯，後壹部分則主要是冷卻型坯，其還可以確保塑料異型材的穩定性[38]。在異型材加工時，模頭會對異型材成型起到重要影響，其主要是確定出制品所需要的截面，還可以促使熔體充分混合均勻並密實，以此來滿足相關性能要求[39]。擠出模頭的穩流段可以選擇多種設計方法，例如將其設計為多孔板和機頸前半段，或者將其設計為機頸和機頸過渡板。為了簡化結構則可以省略多孔板，這樣需要利用長圓柱形流道，；來進行穩流。
（2） 擠出模頭的分流段可以分為三部分，主要有分流錐、收縮板。後者是壹個整體板，不可以分開，其壹般和預成型板組合在壹起，如果為開式型材的擠出模頭，則不需要分流錐。
擠出模頭的成型階段相關的模板主要有預成型板、成型板和鑲塊。對於結構不復雜的異型材模頭，則可以將前兩種板合為壹塊模板原先的異型材擠出模設計模式主要依靠理論與經驗設計。理論設計時主要是依據相關理論和實驗數據，並考慮到設計原則，
。經驗設計則是在原有設計方法的基礎上，參考壹定的經驗並借用類比方法所做的設計參數化設計是壹種常用的設計方法，其主要是在設計對象的結構形狀保持不變的情況下，利用參數來約定尺寸關系。這二者之間有壹定制約關系，設計結果主要受尺寸影響[41]。參數化設計的具體步驟見圖2-9。
圖2-9 參數化設計過程
此種設計模式的特點如下[42]：
（1） 基於特征參數化。 也即是選擇壹些典型的幾何形狀來確定出形狀特征，然後設定相關參數都可修改，並得到相應的實體，並據此來建立壹些更復雜的幾何形體。
（2） 全尺寸約束參數化。 主要是綜合起形狀和尺寸。然後利用尺寸關系來控制幾何形狀，在這種模型中，主要有三維和二維的參數化。
實現不同級別的參數化。 此種模式中，對零件級參數化並修改零件形狀時主要利用到草圖，如果修改三維參數則相應的模型也被修改，也可以利用裝配約束關系來修改參零件間的位置關系。系統級參數化，也就是在各層次的節點上依據相應的幾何關系來進行關聯設計。的關聯使得多個零件的尺寸建立起關聯，這樣就可以對同壹個零件的相關特征關聯進行更方便的分析。
工工藝、配合關系等之間存在較大的區別，在設計時應仔細考慮到這些數據、且需要參考相關資料這樣就影響了設計效率。
為解決以上問題，本文主要是利用成型工藝孔法，確定出標準件庫，然後以此為基礎建立起對應的組件實體，之後就可以壹次成型，這樣就不需要重復操作。
（3） 得到三維參數化模型之後，可以通過設計參數來反映出模型的形狀，然後確定出相應的驅動參數化模型的
約異型材擠出模模頭結構設計改進的主要因素。在計算機技術迅速發展的形勢下，可以通過擠出模模頭的CAD系統來進行相關設計工作，有很多人進行了此方面的研究,並且已取得不少成果。不過主要是理論研究方面的，還沒有進入到實際應用方面。主要問題是其不能較好的指導模具設計和制造工作，需要進行大量的試模和修模，且設計需要較長時間計了壹套塑料異型材擠出模模頭CAD系統，並利用此種系統進行了相關設計研究，以便為擠出模的設計、制造及調試提供支持。
可以選擇如下方法來進行CAD軟件的重開發[44]:
（1） 參數化CAD開發方法
很多公司生產的都是系列化品，在考慮到結構的相似性上，對零件進行分組，並依據同壹組中相關零件的結構特點實現UG 參數化繪圖的主要工具，用戶可以利用其設置UG 中的可視化環境。這種工具中沒有包含多少控件，這壹點和Windows 開發工具有明顯不同，且其還不受到功能, 界面等方面的影響。為此可利用MFC AppWizard( dll) 建立框架，並編寫接口程序, 並以此來對MFC 對話框方便的調用，且這樣還可以確保界面風格統壹，因而MFC對話框具有較高的性能優勢。
文件和數據庫處理得到的結果和這種開發工具得到的沒有多少區別，因而UG有壹定優勢
3.1.3UG二次開發關鍵技術
雖然其提供了相應的開發工具和方法，不過在應用時需要將其合適的進行連接，以此來滿足用戶需要的功能。，對用戶的開發有明顯的幫助作用。
（4） 應用菜單的建立
MenuScript是壹種很常用的校本語言，其主要用於定義NX菜單。此外用戶還有利於其來改變NX菜單的結構，並新建壹些定制菜單，或者改變其響應行為。這些菜單對應的文件壹般存放在startup文件夾中，可以根據需要對其進行編輯，在編輯時需要利用到編輯器。在men文件代碼中，在定義菜單的標題，可以選擇相應的關鍵字，也可以據此來改變響應行為。也可以根據需要來改變關鍵詞來改變菜單功能，或者增加ACTIONS關鍵字來得到所需要的程序，調用需要滿足壹定的要求，也就是其存放位置對應的目錄是壹致的。實現MFC對話框的調用，這就需要通過相應的MFC接口程序來實現，其具體實現過程如下：
1.在Project命令對應的Link 選項中找到相應的libufun. Lib文件並添加。
2.在Tools命令中的Directaries選項中找到UG 頭文件並將其添加進來。
3.得到所需要的全局對象類之後，添加相應的入口函數ufsta，或者UG 頭文件，添加成功之後進行編程。
4. 編譯、鏈接之後可以得到壹個. dll文件，將其復制到Startup 文件夾，然後啟動此文件，這樣就可以調用MFC 對話框，並實現相應的對話操作。塑料異型材的擠出成型過程涉及到很多的操作，可以看做為連續的動態過程, 在擠出過程中壹般要經歷熔融、塑化、穩流等復雜的步驟[47]，其工藝內腔結構需要滿足壹定的平衡性要求，這樣可以確保產品質量，這樣同時也可以得到壹些復雜的曲面造型[48]。為滿足相關生產效率要求，可以選擇壹模多腔結構，不過這樣也使得曲面設計的難度顯著增加[40]。塑料異型材截面存在較大的變化，且塑料材質不同情況下相應的內腔應變系數也存在明顯變化，且相應的X、Y方向應變系數也明顯不同，而內筋結構設計的復雜性也明顯增加，這樣曲面的造型更為復雜，這些都增大了設計難度[49]。多封閉環快速識別算法在智能識別領域應用較廣，其可以較好的識別出相應的兩截面的封閉環，依據其重心坐標建立對應關系
所謂“優化”主要是達到更合理狀態，而“優化設計”，主要是通過改變方案來達到更好的要求，使得相應的支出最小[51]。
優化設計可以通過兩種方法來實現。主要有，解析法—主要是通過微分和求極值方法而得到相應的最小值；數值法—主要是利用計算機處理單元系統來多次叠代逼近，並得到所要求的最小值。由於前壹種方法需要建立方程，求解微分方程。如果求解的問題很復雜，則求解微分方程難度很大，因而這種方法主要是用於理論研究，實際工程領域壹般並不適用。
傳統的結構優化設計主要是在確定出相應的對比設計方案後，從中選擇出最合理的方案。這種方法對設計者有較高的要求，也就是有多年的設經驗，且熟悉使用相關工具，不過由於受到資源時間的限制，可以選擇的方案壹般是有限的，且並非最優方案。
如果想獲得最佳方案，則需要提供多種方案並進行比較，並在其中仔細選擇，這樣就需要大量的資源，如果單純依靠人力則壹般不能滿足這方面的相關需要，而只能靠計算機來完成。不過目前可以進行結構優化的軟件並不多，其中最常用的為ANSYS軟件。其屬於壹種很方便的軟件分析工具，此種軟件具有較強的優化設計功能，可以優化結構尺寸，以及拓撲結構，其中提供了壹些有用算法。
ANSYS 是壹種很常用分析工具，其壹般定位於壹個CAE協同平臺，此平臺有較高的集成性，可以利用其進行CAD軟件設計。此種軟件開發了很多個版本，其中的新版本增加了壹些常用模塊並實現了所需要的功能。這樣在進行產品開發時可以利用CAE技術來分析處理在，這樣可以顯著的縮短產品設計周期、降低成本。
從易用性方面看，AWE對應的模塊可以方便的進行優化設計，這樣在對CAD模型進行改進後，相應的變量就能直接傳遞到AWE環境下，如果設置好相應的約束條件，則可以較好的實現優化設計並得到所需要的結果。
利用Workbench相關工具可以對CAD和CAE進行聯合優化，具體的優化步驟如下[52]：
（1） 參數化建模：通過此種軟件的參數化建模功能對相關數據進行定義，並得到相應的模型參數，並利用這些參數來修改模型。
（2） CAE求解：確定出相應的CAD模型之後求解。
（3） 後處理：確定出相應的目標函數，然後對其優化處理，並進行評價。
（4） 優化參數評價：主要是比較相應的優化參數，也就是本次和上次的優化參數比較後確定出本次的循環目標函數是否滿足要求，，也就是達到最優化目的。如果滿足此條件則結束叠代，如不滿足則繼續下壹步。
（5） 接著對已完成的和當前的優化循環變量的狀態進行修正，並在修訂後，重新投入循環。
為了能夠更有針對性地模擬塑料異型材擠出過程中熔料的流動情況，對於本文中的擠出模模頭結構仿真分析和優化，可采用Workbench平臺下的POLYFLOW組件來完成，其主要是利用都有限元分析工具來對具有豁性和勃彈性的流體問題通過CFD軟件來分析，其可以對非牛頓流體等相關流體進行較好處理，可以利用其解決聚合物、食品等方面的問題，這類問題主要和溫度維度以及穩定狀態等有關。利用利用其進行相關聚合物的擠出、吹塑等問題的分析處理、並解決相關化學反應問題。
4.1.2 Workbench優化分析工具
可以依據其功能將這類工具分為以下5種，分別為直接優化工具，多目標驅動優化分析工具，響應曲面優化，各種工具的之間存在較大區別，以下進行具體分析）[53]。
（1） 直接優化工具，其主要作用是設置優化目標，同時進行優化分析，以便得到所需要的組合方案。
（2） 多目標驅動優化分析工具，此種工具的主要作用是從給定的壹組樣本中確定出滿足要求的設計點。
（3） 參數相關性優化工具，其作用主要是通過圖表來對相關參數的關系進行顯示。
（4） 響應曲面優化工具，其主要作用是，確定出相應的參數和曲面之間的影響關系。
（5） 六西格瑪優化工具，這種工具主要是利用相關標準誤差理論，確定出產品的可靠性概率，並利用結果來判斷相關產品性能。
4.2流道結構參數化建模
可以利用CAD/CAE技術來設計擠出模，對此種模型中的熔體流動過影響熔體流動均勻性因素有很多，其中主要有壓縮比、壓縮角。在不同段各因素的影響大小有明顯區別，在流道的機頸段、穩流段等幾個部分中，對各部分流量進行調節的主要為壓縮段。對稱性，對設計變量進行簡化，所需要的計算量可以明顯減少，相應的結果更合理。為了達到相關的分析結果並縮短計算時間，還需要確定出合理的解空間，在此空間中設計變量可以根據需要改變。根據模具設計經驗，以及相關加工要求。此種結構中相關變量的對應關系和取值範圍應滿足壹定條件，其具體情況見表4-1。
狀態變量是約束設計的數值，其會對設計結果產生明顯影響，可以將其看做為“因變量”，和設計變量存在壹定函數關系。在選擇狀態變量時，主要應考慮到相關問題的實際要求和具體的設計要求，且考慮到相應的約束條件[54]。對流道結構優化設計過程，主要需要考慮的變量有：
①流道中的最大剪切速率。此速率不可以超過額定值，如果超出則導致熔體破裂。
②對於入口為壓力邊界條件（也就是壓降在壹定範圍內），應確保流量滿足相應條件，在滿足產品質量條件下，還需要確保生產效率滿足要求；若入口參數對應速度邊界條件，則應控制壓降不超出相應範圍。流道結構的設計優化需要依據相關流動性分析基礎，優化需要實現的目的為，使塑料熔體加工過程中分布均勻，相關截面子區域在模頭出口處對應的流速是相同的，這樣可以確保制品物理機械性能滿足壹定的要求，且減少相應的殘余應力。模頭出口速度是否均勻和型材質量有重要影響關系，本文主要選擇流速均方差口處截面的單元節點相關流速數據，並確定出相應的出口節點對所有節點平均速度的均方差來獲
聚合物擠出流動的Bird-Carreau流變方程，然後利用此方程來模擬相關模頭內塑料熔體三維流動過程，得到相應的數據結果，並據此獲得模頭各位置處的速度壓力場。
（4）利用優化方法得到相應的最佳出口處截面的速度均方差，選擇對流動平衡影響較大的