对于铝合金挤压成形而言，凹模型腔轮廓设计是挤压工艺设计中一个重要方面。不适当的凹模型腔轮廓设计会导致过多的材料内部剪切，模口附近金属流动方向急剧变化以及材料挤出速度不均匀等现象的发生。因此，为了控制金属流动，保证模具的应力、应变分布均匀，减小挤压力，需要对凹模型腔轮廓设计进行研究分析。本文运用上限法建立铝合金棒材挤压成形的流动模型，推导了坯料在五种不同曲线型腔模具中变形时的动可容速度场、应变速率场及上限功率的表达式。同时，以挤压力最小为优化目标，对成形过程进行优化，获得最低能耗下的型腔曲线长度。为验证上限解的可靠性，对最佳型腔曲线长度下棒材成形过程进行二维有限元数值模拟，得到了挤压力与型腔曲线表面接触应力的分布曲线，数值解与理论解相吻合。引入流函数法和保角映射方法，完成了凹模型腔曲面的数学描述，并建立了铝合金壁板扁挤压筒挤压模型。在此基础上，综合考虑型线长度、定径带长度、摩擦因子、挤压速度和型腔形状这五个因素，通过三维有限元模拟，获得了各种不同因素组合下的挤压力以及凹模在该挤压过程中所受到的最大等效应力等信息。从而得出最优的挤压工艺参数与模具设计参数的组合，实现了对铝合金壁板挤压的优化设计。本文的研究成果对于完善铝合金挤压模具设计理论具有一定的指导意义。