يشكل تصميم القوالب والأدوات التأسيسية التخصص الهندسي الأساسي لعمليات التصنيع الإنتاج الضخم، ويشمل إنشاء أنظمة الأدوات الخاصة بالسباكة المعدنية (القالب) والتشكيل بالبلاستيك (القالب النمطي). يتطلب هذا المجال فهماً شاملاً لسلوك المواد، وإدارة الحرارة، ومبادئ الهندسة الميكانيكية. تبدأ عملية التصميم بتحليل مفصل لتصميم المنتج، مع تطبيق مبادئ القابلية للتصنيع لتحديد المشكلات الإنتاجية المحتملة وحلها. بالنسبة لتطبيقات الصب بالضغط، يركّز التصميم على إدارة تدفق المعدن المنصهر، والإجهادات الحرارية، وأنماط التصلب، مع التركيز على أنظمة التغذية، والآبار الفائضة، وتحسين قنوات التبريد. أما في صب الحقن، فينتقل التركيز إلى خصائص تدفق البوليمر، وتعويض الانكماش، وتصميم نظام الإخراج. وتشمل العناصر المشتركة نظام التجويف والنواة الذي يُحدد هندسة المنتج، وآليات التغذية لتوصيل المادة بشكل مناسب، وأنظمة التحكم في درجة الحرارة للحفاظ على استقرار العملية، ونظم الإخراج لإزالة القطعة. ويُعد اختيار المادة أمراً بالغ الأهمية، حيث تُختار فولاذ الأدوات بناءً على متطلبات الإنتاج — مثل مقاومة التعب الحراري في تطبيقات الصب بالضغط، ومقاومة التآكل للمواد الكاشطة، وقابلية التلميع للأسطح الجمالية. تعتمد ممارسات التصميم الحديثة اعتماداً كبيراً على برامج CAD/CAE لنمذجة ثلاثية الأبعاد، ومحاكاة العمليات، والتحليل الهيكلي. كما يجب أن يراعي التصميم اعتبارات عملية مثل سهولة الصيانة، وتوحيد المكونات، والتوافق مع معدات الإنتاج. وللإنتاج عالي الحجم، تتضمن تصاميم القوالب والأدوات بنية قوية، وأنظمة محاذاة دقيقة، وتوزيعات تبريد فعالة لتعظيم الإنتاجية. ويؤدي التصميم الناجح للقوالب والأدوات إلى أنظمة تصنيع تنتج مكونات بجودة ثابتة، ودقة أبعاد عالية، وتشطيب سطحي جيد، مع تحسين الاقتصاديات الإنتاجية من خلال إطالة عمر الأداة، وتقليل دورة الإنتاج، وخفض هدر المواد. ويشكل هذا التخصص الهندسي الرابط الحيوي بين تصميم المنتج والتصنيع التجاري عبر الصناعات العالمية مثل السيارات، والسلع الاستهلاكية، والمنتجات الطبية، والإلكترونيات.