冷挤压凹模服役时,由于坯料塑性变形时的能量交换以及凹模与坯料接触面间材料的高速流动,使其在承受高温和超高交变载荷作用时容易失效。因此,提高凹模结构强度是保证其长期高效稳定工作的前提条件。为了降低凹模内壁处的峰值应力以及均匀化壁厚方向的应力水平,本文引入了自增强技术和预应力结构,分析了凹模残余应力场对工作应力场的正向增益作用,为凹模的强度设计提供了参考。本文基于弹塑性基础理论、有限元法、最优化方法对整体式自增强凹模、多层套缩组合凹模、自增强-套缩双层组合凹模三种结构的凹模强化机制进行了探讨。主要研究内容如下：基于双向幂硬化本构关系及最大应变能理论,建立了整体式凹模自增强力学模型。分析了自增强凹模工作时的最大承载能力以及自增强处理时最佳弹塑性半径的影响因素。运用有限元技术对凹模自增强工艺过程进行了仿真,数值解和解析解吻合较好。通过对比分析自增强处理前后凹模等效应力的变化趋势,验证了自增强处理对提高凹模承载能力的有效性。基于厚壁圆筒理论,分析了整体式凹模工作载荷特点,讨论了单纯通过增加壁厚来提高模具强度的局限性。为提高承载能力,探讨了多层预应力组合凹模方案。以最大应变能理论为强度条件,在组合凹模总径比及各层材料参数已知的前提下,以各层径比为设计变量,以组合凹模最大承载能力为优化目标,采用Lagrange乘子法对组合凹模参数进行了优化设计,获得了各层最佳径比、凹模极限承载压力、最优套缩压力以及最优过盈量的解析解。将自增强技术与多层套缩技术相结合,可以使凹模的弹性极限承载压力进一步得到提升。在保证模具强度的前提下,可以使模具结构紧凑,降低制造成本。本文的分析方法及研究结论对完善冷挤压凹模的强度设计,提高凹模的服役寿命具有一定的参考价值和理论意义。