模具工作零件直接與毛坯接觸，它們的形狀對冷擠壓成形性能好壞、擠壓件尺寸精度及所需擠壓設備噸位大小都有很大影響。因此，對不同的擠壓方式，模具的幾何形狀是有差異的，故必須按擠壓件的形狀、尺寸及擠壓工藝要求設計模具工作零件。
10.2.1正擠壓模具工作零件設計
10.2.1.1工作零件承受的壓力
根據壓力加工理論，可以定性近似的表示出正擠時凸、凹模和芯軸所承受的壓力。為實心件正擠壓工作零件受力狀態，凹模錐角處受力最大(應力集中點)，易在此處開裂；此外，由於摩擦的影響，與金屬流動的相反方向壓力增大。為空心件擠壓時工作零件受力狀態，凸、凹模的受力情況與實心件正擠壓相同；但芯軸受力複雜，除了受壓力以外，還受到向下拉力，在這種情況下，芯軸很容易被拉斷(與凸模相接處)。
可見，正擠壓實心件時，凸模始終承受不均勻的壓力，凹模受力較複雜，特別是在錐角處受力更複雜，因此凹模工作部分的幾何形狀很重要，設計得合理與否，關係到製件質量好壞和模具壽命高低。空心件擠壓時，除了要考慮凹模的幾何形狀外，重點要解決芯軸易斷問題，如果采用整體凸模，芯軸與凸模相接處會產生斷裂，尤其在黑色金屬空心件擠壓時這一問題更為嚴重，在設計時必須加以考慮。
10.2.1.2正擠壓凸模
(1)凸模類型
正擠壓凸模形式有五種。
實心件正擠壓凸模用形式，結構簡單，製造方便，采用錐麵與凸模固定板接觸，目的是加大承壓麵積，且便於調整中心。
凸模形式用於空心件擠壓。所示為整體凸模，擠壓時易在芯軸與凸模接合處拉斷，隻用於純鋁反擠壓件。所示為組合式，所示凸模內孔與芯軸之間采用過渡配合(H7/k6)，芯軸與凸模內孔之間無相對滑動，擠壓時芯軸受到很大的拉力，因而隻適於芯軸直徑較大、擠壓材料不太硬且摩擦因數較小的情況；所示凸模內孔與芯軸之間采用間隙配合(H7/g6)，擠壓時，芯軸可隨變形金屬向下移動，從而改善了芯軸受拉的狀況，防止芯軸被拉斷，這種結構用於芯軸較小及黑色金屬空心件正擠壓；在芯軸台階下放一壓簧，擠壓型時，芯軸隨變形金屬滑動，尤其在正擠杯形件時，芯軸在壓簧的作用下伸到杯底壓緊，凸模壓在杯件(半成品)上端麵進行擠壓，這樣可防止杯形件半成品的高度波動，引起杯形件靠近底部的側麵出現裂紋(芯軸過長，凸模與杯形件毛坯端麵未接觸，擠壓時先變薄拉伸所致)，或出現側凹(芯軸過短)。
(2)凸模尺寸
1）實心件正擠壓凸模尺寸凸模工作部分直徑d0等於半成品坯料上端直徑，也等於凹模型腔直徑；凸模與凹模間采用(H7/h6)或（H7/g6)配合；凸模工作部分長度等於擠壓行程加上10～12mm；凸模固定部分長度等於凸模固定板厚度，且不小於25mm。d1(過渡部分直徑)=(1.2～1.3)d0；錐角10°～15°；過渡圓角r=1～5mm。
2）杯形件正擠壓凸模尺寸芯軸直徑d2等於擠壓件孔徑，也可略大於半成品坯料孔徑(約大0.01～0.03mm)，這樣擠壓前先將內孔表麵擠光，一般可達1.6～0.8μm的表麵粗糙度；若擠壓件內孔粗糙度要求不高，d2也可略小於半成品材料孔徑0.01～0.03mm。
空心件正擠壓時，為了防止芯軸拉斷，芯軸工作部分做出10′～30′的斜度(在l1處)，有利於芯軸從擠壓件中取出。
芯軸工作部分長度l1應大於空心毛坯高度，即l1=毛坯高度+卸件板厚度+10mm，這樣擠壓前芯軸完全穿過半成品孔內，並外露一部分，否則易出現縮口現象。
外套直徑d3等於半成品上端尺寸，也等於凹模型腔直徑D0，外套與凹模型腔之間同樣采用(H7/h6)，或(H7/g6)配合。
3）凸模(b)、(c)、(d)尺寸可參照上述凸模尺寸進行設計。
10.2.1.3正擠壓凹模
正擠壓凹模一般由容料和成形兩部分構成；當擠壓件較長時，則由容料、成形、矯直三部分組成。為了提高凹模的承壓能力，一般應做成組合結構(增設預緊套圈)。對於黑色金屬正擠壓的凹模，一般皆由內層凹模和兩層預緊圈構成。
(1)凹模的結構形式
正擠壓組合式凹模的結構形式主要有五種。
內層凹模為整體式的結構。整體凹模結構簡單，製造容易，但隻能用於受力小的正擠壓件，壓力過大易在底角處開裂(此處是應力集中點)，應用不是十分廣泛。
內層凹模均為分割式結構。其中，為縱向分割型，內層凹模與擠壓筒各自為單一零件，內層凹模與擠壓筒之間采用+0.03mm的過盈配合，實際上是三層套圈預緊；凹模的擠壓筒下端10mm處加工出10′～30′斜度，以便內層凹模的壓入。
為橫向分割式凹模，為了防止擠壓金屬流入接縫處，拚接麵不宜過寬，一般為1～3mm，拚接麵應仔細研磨、粗糙度Ra不高於0.2μm，在拚接麵處，將其中一塊做出1°的錐角。目前有的工廠把拚接縫升高到凹模內壁底角以上2～6mm處，可以有效地防止金屬流入接縫。如果正擠壓件杆部過長，且形狀複雜，則凹模設計應從加工角度考慮，將凹模分成幾段。如分為擠壓筒1、成形部分2及校正部分3等三段，各自采用獨立的自己的壓圈，分割界限在入模口上麵距圓角2～3mm的地方，為了保證三段同軸和銜接的一致，各段之間可采用包容配合、互為配合和順序配合等三種配合方式，分割麵則仍與局部的環形表麵保持接觸。
(2)凹模尺寸
凹模筒的直徑D＝d0(擠壓件外徑)，比毛坯尺寸略大0.01～0.02mm。
工作帶直徑d1等於擠壓件杆部直徑。
工作帶高度：擠壓黑色金屬時，h1=2～4mm；擠壓有色金屬，h1=1～2mm。
工作帶以下直徑。
凹模型腔高度
凹模底部的圓角半徑R對擠壓力和凹模壽命都有很大影響。用五種凹模圓角半徑進行生產，其他條件完全相同的情況下，模具工作壽命從左至右由15000次增加到300000次，相差20多倍。可見增大凹模底部圓角半徑可以延長正擠壓凹模的壽命。
正擠壓凹模的入模角α＝90°～120°為合適，如果變形程度小，潤滑良好，或材料變形抗力小，塑性好，也有采用α＝180°進行擠壓的。
凹模下部厚度h3=(1.1～1.2)D，D為凹模型腔直徑。
10.2.2反擠壓模具工作零件設計
10.2.2.1工作零件承受的壓力
同正擠壓模具一樣，我們可以定性分析出反擠壓和複合擠壓(其上部也相當於反擠壓)模具工作部分所承受的壓力。凸模受到不均勻的壓力，而凹模受力更大，反擠時，凹模底角處承受最大的壓力，成了應力集中點，凹模首先在此處開裂。複合擠壓時，凹模受力得到改善，應力集中點消失，這是因為複合擠壓時擠壓力小於相同尺寸的反擠或正擠壓力。
反擠壓凸模工作部分的幾何形狀對金屬流動影響極大，設計時應根據製件要求，合理選擇幾何形狀和尺寸。
10.2.2.2反擠壓凸模
(1)黑色金屬反擠壓凸模
生產實踐證明：對金屬流動較為有利，(a)型的αB角一般取3°～5°，(b)型的αB角一般取5°～13°，αB過大，凸模頭部越尖，毛坯表麵不平度對凸模的不良影響越大，嚴重時，凸模會因水平分力過大而折斷，這種凸模還容易造成製件壁厚不均，故生產中用得很少；凸模比(a)型凸模的擠壓力高15％～20％，隻用於變形程度不大、變形抗力小、塑性良好的材料，或者製件孔型底部要求平底時用，或一般在整形時隻有小變形量時應用。
反擠壓凸模直徑d1=擠壓件內徑。
凸模工作帶高。
工作帶以上的直徑要減小，單邊減小。
錐角底部平坦部分直徑d′=0.5d1。
凸模工作部分長度≤(2.5～3)dl。
凸模上端錐角10°，目的在於加大承壓麵積，便於對中。
采用三段式凸模，在使用中，容易在變截麵處折斷，分析折斷原因發現，由大斷麵向小斷麵過渡時，截麵急劇變化產生應力集中。Ⅰ處折斷較少，Ⅱ處折斷較多，因為該處是台階過渡，是凸模主要的應力集中源，尤其是兩圓柱段的直徑相差比較大時，應力集中更劇烈。此外，由於該處距凸模工作帶有較大距離，擠壓時的偏心載荷將在該處產生相當大的彎曲應力，彎曲應力也有應力集中，所以Ⅱ處是凸模折斷的主要區域。
關於應力集中，在材料力學、特別是在彈性力學中已較詳細的研究過，這裏不再贅述。從凸模台階附近的應力分布可以看出，最大應力發生在由圓弧與直線相切的切點上麵的Ⅰ、Ⅱ處。由冷擠壓凸模台階折斷的大量實例也說明了這一點。
附近的應力分布在應力集中的情況下，局部最大應力σmax與名義應力σc之比，即
為凸模受拉伸（壓縮）時的應力集中係數，為凸模受彎矩作用時的應力集中係數。由於凸模斷麵變化的大小及台階處圓角半徑大小的差異，凸模的應力集中狀況有很大差別。可以看出，應力集中係數a皆與D/d及r/d有如下關係：D/d值相同，a隨r/d值減小而增大，當r/d值小到一定值時，a將很快增大；r/d值不同，a隨D/d值的增加而增大，r/d值越小，則a隨D/d值增加的幅度越大。
應力集中對凸模壽命的影響可以從下列試驗中看出：為擠壓某汽車活塞銷凸模，由於熱處理條件較差，凸模壽命很短，擠壓幾百件活塞銷就斷裂；把凸模改製成虛線所示結構，用同樣的熱處理工藝，改型後凸模材料與原凸模用的材料是同一批，在同一台冷擠壓機上，且具有相同的安裝條件，同一批磷化皂化毛坯，新結構凸模壽命大大提高。這說明，其他條件完全相同的情況下，新結構凸模的應力集中大大降低，其壽命提高數十倍。可見，應力集中對凸模壽命及承載能力有極大影響。
凸模由大斷麵過渡到小斷麵的圓角半徑對其應力集中有很大影響，如何選擇圓角半徑呢？凸模工作時承受壓應力，其名義應力(平均應力)等於單位擠壓力，由於應力集中，在圓角處的最大壓縮應力σumax為
由於擠壓時的偏載，凸模上還要產生附加的彎曲應力，對一般精度的擠壓件，其最大偏心e＝0.2mm。由試驗數據，名義彎曲應力(平均彎曲應力)σw=250MPa計算，由於應力集中，則圓角處的最大彎曲應力σwmax為
為了使模具長期正常工作不至於破壞，必須滿足