Thiết kế khuôn ép nhựa là một lĩnh vực kỹ thuật phức tạp, biến thiết kế chi tiết thành một hệ thống sản xuất hoạt động hiệu quả, có khả năng tạo ra các bộ phận chất lượng cao một cách nhất quán và hiệu quả. Quá trình bắt đầu bằng việc phân tích toàn diện hình học chi tiết, xác định các đặc điểm yêu cầu cơ cấu khuôn đặc biệt như lõi bên để xử lý phần lõm, thanh đẩy để tạo ren trong, hoặc lõi co rút được dùng cho các phần lõm sâu. Các kỹ sư thiết kế khuôn chọn khung khuôn phù hợp theo tiêu chuẩn của các tổ chức như DME hoặc HASCO, sau đó thiết kế các chi tiết lòng khuôn và lõi tùy chỉnh để định hình hình học chi tiết. Thiết kế hệ thống cấp liệu bao gồm các kênh dẫn, cổng rót và bạc rót, với lựa chọn giữa kênh dẫn nguội (đông đặc sau mỗi chu kỳ) và kênh dẫn nóng (giữ vật liệu ở trạng thái nóng chảy). Thiết kế hệ thống làm mát cũng rất quan trọng, với các kênh làm mát được bố trí chiến lược nhằm đảm bảo tản nhiệt đồng đều, giảm thời gian chu kỳ và ngăn ngừa cong vênh. Thiết kế hệ thống đẩy gồm các chốt đẩy, ống lót, thanh đẩy và bản đẩy vòng, được đặt ở vị trí thích hợp để tạo lực đủ mạnh mà không làm hư hại chi tiết. Thiết kế thoát khí ngăn ngừa hiện tượng bẫy khí gây cháy hoặc điền đầy không hoàn chỉnh, trong khi các yếu tố định vị như chốt dẫn hướng và khóa liên động duy trì sự căn chỉnh chính xác giữa các lòng khuôn trong suốt chu kỳ ép. Việc lựa chọn vật liệu cho các bộ phận khuôn cần cân nhắc giữa độ chống mài mòn, khả năng đánh bóng, dẫn nhiệt và chi phí, với các lựa chọn từ thép đã tôi mềm dùng cho sản xuất vừa phải đến thép dụng cụ tôi cứng cho ứng dụng sản lượng cao. Thiết kế khuôn hiện đại sử dụng rộng rãi phần mềm CAD/CAE để mô hình hóa 3D, mô phỏng dòng chảy, phân tích làm mát và kiểm tra độ bền kết cấu. Quá trình thiết kế cũng phải tính đến yêu cầu bảo trì, bao gồm các chi tiết dễ mài mòn có thể thay thế dễ dàng và đường dẫn nước thuận tiện cho việc tiếp cận. Thiết kế khuôn ép nhựa thành công mang lại một hệ thống sản xuất bền vững, tạo ra các chi tiết ổn định về kích thước với lượng phế phẩm tối thiểu, đồng thời vận hành tin cậy qua hàng trăm nghìn chu kỳ.