鋁型材擠壓模具的優(yōu)化設(shè)計是獲得經(jīng)濟而合理的模具的重要手段，近年來，世界各國投入大量人力、物力和財力致力于擠壓模具優(yōu)化問題的研究；由于大型計算機的開發(fā)和應(yīng)用，CAD/CAM技術(shù)的迅速發(fā)展，有限元分析理論和實用技術(shù)的不斷完善以及各種數(shù)值模擬和物理模擬方法進一步實用化，為鋁型材擠壓模具優(yōu)化設(shè)計理論與技術(shù)的發(fā)展開辟了道路；目前，許多大型的、復(fù)雜的、重要的擠壓工模具的優(yōu)化設(shè)計問題已獲得了滿意的結(jié)果；擠壓模具優(yōu)化設(shè)計的理論研究與實用技術(shù)獲得了重大的突破，取得了一大批成果，有的已規(guī)范化和系統(tǒng)化；

1. 目標參數(shù)的確定

根據(jù)相關(guān)人員的研究，單位擠壓力能耗量、模具使用壽命及鋁型材組織性能等與擠壓模具的輪廓曲線形狀、半模角大小、模具的軸向長度等結(jié)構(gòu)因素有關(guān)，因為它們直接影響變形金屬的流動分布和應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)，影響摩擦力的大??；生產(chǎn)實踐證明，大的摩擦阻力、嚴重的應(yīng)力及流動不均勻分布是導(dǎo)致單位擠壓力高、模具容易破裂、磨損及型材產(chǎn)生彎曲、扭擰、波浪、內(nèi)應(yīng)力、低力學性能的重要原因；因此，優(yōu)化擠壓模具就是優(yōu)化模具的輪廓曲線、半模角和模具的軸向長度，使模具具有最長的使用壽命，所需的力-能消耗最小，生產(chǎn)效率最高，鋁型材的組織和性能最好，成本最低而效益最高；可見，擠壓模具的優(yōu)化是個多目標優(yōu)化問題；寫出這些多目標函數(shù)是困難的，甚至是不可能的，但可用一些參數(shù)來代替，稱這些參數(shù)為目標參數(shù)；

研究和生產(chǎn)實踐表明，擠壓模具的失效與報廢大多是由于磨損、開裂、尺寸超差、塌腔等造成的，而這些現(xiàn)象都與擠壓力過大有關(guān)；因此，擠壓力可作為模具優(yōu)化的一個目標參數(shù)，應(yīng)選擇使擠壓力最小的模具模腔輪廓曲線和半模角；

鋁型材組織和力學性能的好壞，可用其橫斷面上各點處的等效應(yīng)變率及其梯度來衡量，梯度越小意味著變形愈均勻，組織愈均勻，力學性能愈好；因此，等效應(yīng)變率及其梯度可作為模具優(yōu)化的另一個目標參數(shù)，應(yīng)選擇使等效應(yīng)變率梯度值小的模腔輪廓曲線和半模角；

相關(guān)人員提出用顯微硬度表征鋁型材的力學性能；顯微硬度高，則力學性能好，他們還給出了顯微硬度與應(yīng)變率的關(guān)系式；因此，顯微硬度也可作為模具優(yōu)化的目標參數(shù)，應(yīng)選擇使顯微硬度高的模腔輪廓曲線和半模角；

提高擠壓速度能提高生產(chǎn)率，但會升高擠壓力，影響模具壽命，還可能增大鋁型材組織不均勻性，因此應(yīng)選擇適當?shù)臄D壓速度；擠壓速度也可作為模具優(yōu)化的一個目標參數(shù)；

綜上所述，在一般情況下，可確定擠壓力，等效應(yīng)變率及其梯度，顯微硬度，擠壓速度作為擠壓模具優(yōu)化設(shè)計的四個目標參數(shù)；

2. 約束條件的確定

對于鋁型材擠壓來說，模具優(yōu)化設(shè)計采用以下兩個約束條件：

（1）受工模具系統(tǒng)的強度、剛度、失穩(wěn)條件的約束；擠壓筒、擠壓軸、穿孔針等工具的強度、剛度和失穩(wěn)條件在擠壓機設(shè)計時已得到確認；模具的強度、剛度與失穩(wěn)條件除了在設(shè)計擠壓機時應(yīng)加以考慮外，還與擠壓工藝條件、型材形狀與規(guī)格、型材和模具的材質(zhì)等有關(guān)；

（2）受鋁型材表面狀態(tài)的約束；在設(shè)計模具時應(yīng)保證金屬流動時有一定的死區(qū)存在，以防止變形金屬中的雜質(zhì)、油污、臟污流入型材中；

為了實現(xiàn)上述優(yōu)化目標，可預(yù)設(shè)計多種模腔輪廓曲線和半模角，然后用最有效的方法計算工件有各種模腔和半模角的模具中擠壓的應(yīng)力-應(yīng)變場、溫度-速度場以及其它有關(guān)參數(shù)；根據(jù)試驗研究和分析計算結(jié)果擇優(yōu)選擇模腔輪廓曲線和半模角，在此基礎(chǔ)上再采用CAD/CAM技術(shù)最后完成模具的設(shè)計；