金属材料在玩具设计中的运用

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儿童玩具是指专供儿童游戏使用的物品。根据心理学家关于儿童发展规律的研究，在人一生的认知发展过程中，玩具对人——尤其是儿童认知能力的提高起到非常好的促进作用。根据AyresA.J对脑功能研究成果以及其1972年提出的感觉统合理论（SensoryIntegrationTheory），儿童的注意力不集中、学习成绩差、做作业拖拉、多动、紧张、胆小、退缩、爱哭、不合群、吃饭挑食或暴饮暴食等性格障碍都是由于儿童大脑对身体感觉统合的障碍所造成的。感觉统合理论认为，人类生存需要的最基本、最重要的感觉是触觉、前庭觉、运动觉。其中，触觉是指分布于人的身体皮肤上的神经细胞接受外界温度、湿度、疼痛、压力及震动的感觉；前庭平衡觉是利用内耳的三对半规管及耳石来探测地心引力，控制头部认知方向、保持身体平衡。运动觉是来自于人的身体内部肌肉、关节的感觉，是了解肢体位置与运动的感觉。当人的大脑和身体相互协调的学习过程没有感觉统合时，大脑和身体都将停止发展。因此，玩具设计对于儿童早期，尤其是7岁之前儿童的生理、认知和情绪的发展都有着不可替代的重要作用。玩具设计不仅能够帮助儿童调动大脑的思考和身体的运动，还能够让儿童在玩的过程中培养积极、主动的探索能力，在多人共玩的情境中培养社会认知和情感的全面发展。材料作为玩具设计的载体，对玩具结构的实现和功能的最优发挥起到直接的影响。玩具设计的选材不仅要考虑儿童的需求，玩具的工艺结构特点，还需要考虑经济成本、安全等问题。本文在探讨儿童玩具设计选材影响因素的同时，针对金属玩具分析儿童玩具设计中的各种金属材料特征、金属材料应用的结构特点、金属玩具的连接形式、以及玩具产品中金属材料的加工工艺，以期为未来交互性玩具设计提供指导。

一、儿童玩具设计选材影响因素

产品的设计选材受到使用安全、环境保护、功能结构、用户体验等多个方面的影响。以下主要从产品性能（抗腐蚀、抗冲击、轻量化、化学安全性）、加工工艺（着色、成型）、以及用户体验（清洁、科学趣味性、安全性、可操作性）三个方面展开对儿童玩具设计选材影响因素的探讨。

（一）产品性能

（1）腐蚀儿童尤其是婴幼儿在进行玩具娱乐时，经常伴随舔咬方式，与此同时，酸性饮料等儿童身边的其他物品也会有腐蚀玩具的可能性，因此儿童玩具需要考虑具有较好的抗腐蚀性。（2）冲击儿童由于各种原因，会经常扔、摔玩具，所以玩具需要基本的抗冲击能力，以使其即使在儿童不断反复扔打的情况下也不会发生开裂，断裂，或者有小毛刺的情况。（3）重量儿童身体力量比成年人要小得多，并且有50%的木玩具是设计给婴幼儿使用的，所以对于那些要经常拿起来玩的玩具（除一般不移动，或者不能拿起搬起的玩具）要使用比较轻的材料，避免伤害儿童的肌肉。如松木、橡胶木等都是较轻的木材。（4）化学安全性由于木材材料自身可能会有致敏因子，板材、塑料玩具里面的胶粘剂也可能会含有甲醛、苯等影响儿童健康成长的化学物质，所以儿童玩具选材时应该尽量选择那些不含有化学物质，或者含有不伤害人体的物质、无毒无味的材料。

（二）加工工艺

（1）着色儿童玩具的一大特点就是色彩缤纷，鲜艳的颜色能够吸引儿童玩并且叫家长购买，所以玩具经常需要色彩涂饰。易着色的材料在生产过程中将能够很大地提高生产效率。同时，着色效果好容易使得产品更加美观，更能吸引儿童以及成人消费者。（2）成型材料在加工过程中如果结构造型易得出，可以很好地提高生产效率。玩具通常都有各种不同的形状，一个玩具生产商不会只生产一种形状的玩具。所以，选择容易加工成各种形状的材料，通过最简单的步骤就能得出结构，是商家减少时间成本的一个好方法。

（三）用户体验

（1）清洁儿童玩具会被儿童舔咬，又会被他们带到各种场所，自然会滋生很多细菌。所以方便家长清洁的材料能使家长更加轻松。选择一些表面光滑，能够耐受清洁剂的材料就显得至关重要了。（2）科学趣味性儿童玩具的设计应当立足于开发有利于儿童身心健康和提升儿童智力。玩具外观的设计除了应当具有较强的功能语意，还应该具有较好的意义所在。在培养儿童创造力和兴趣的同时，能够充分调动儿童之间相互互动的积极性，以及调动儿童探索大自然、探索科学的积极性，是进行玩具趣味性语意表达、构成玩具意义的重要方面。因此，儿童玩具的设计选材还应该在满足产品性能和使用安全等基本需求的同时，从材料的趣味性语意表达出发进行设计。（3）安全性玩具的消费者一般是适龄儿童，而这些人群是比较弱小的，在身体和心智上的不成熟使得他们最易受到伤害，所以要重视玩具的安全性。为保障儿童的安全，给幼儿的玩具尽量不要含有可拆卸的碎小部件，以防止儿童吞食。玩具的选材、材料加工方式、玩具的结构等因素是保障玩具安全性的重要条件。在玩具设计的用材中，塑料玩具和木材玩具更容易因为材料的安全性问题造成使用隐患，带给儿童家长不安全的心理疑虑。（4）可操作性儿童玩具的可操作性主要是指儿童在使用玩具玩耍过程中，不会认为玩乐太过困难而放弃、不会因为不懂如何玩乐而沮丧、不会因为不明白玩具如何操作而丧气。因此，玩具设计需要针对每个年龄层儿童的认知、生理和社会情感的特点，进行玩具的可操作性设计，以便儿童在使用玩具时不会有太大困难，或者可以根据指导完成操作或使用行为。根据瑞士儿童心理学家皮亚杰的儿童认知发展理论，儿童的认知发展包括感知运动阶段、前运算阶段、具体运算阶段和形式运算阶段。由于每一阶段儿童的活动和认知方式都不同，因此儿童玩具的可操作性需要根据认知发展理论考虑如何设计玩具帮助儿童理解世界。

二、玩具设计中的各种金属材料特征分析

根据市场调查，玩具的适用年龄已经从低龄儿童扩大到了更广泛的年龄群体。大多数的金属玩具设计中的金属材料都避免了使用重金属材料。由于玩具的大部分受众仍然是0-14岁的低龄儿童，根据玩具的不同需要，大多金属质地较软且不含重金属。且由于使用者年龄问题，这类金属玩具通常不会设计易造成伤害的棱角或破坏性功能。根据玩具的娱乐特性，儿童玩具可以分为竞技性玩具和娱乐类玩具。在竞技型玩具中，金属材料的耐磨性更强，寿命更长，为玩具提供了强大的抗冲击能力，使其更适合比赛。而娱乐类玩具由于小孩子经常会使玩具掉落或者敲打玩具，金属材料也赋予了其更强的抗击打能力，使用寿命相比传统的木材材料、塑料材料更长。以下分析儿童玩具中的常见金属材料。

（一）铁材料

传统的铁材料已经被玩具产业淘汰，因为一般的铁材料容易生锈，使用寿命和使用环境都对玩具体验造成了影响。市场上的大多数金属玩具都采用了不锈钢材料，而不锈钢的适用范围非常广，由于不锈钢材料具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性，制造出来的玩具不易损坏变形破裂。在使用过程中对使用者和使用环境的要求较低。但不锈钢过于笨重，只适用于大型玩具或者小型娱乐型玩具。同时，由于铁具有磁性，铁材料可以制造小型的益智玩具，如磁铁积木等。

（二）铝材料

玩具中采用的铝材料大多是铝合金。铝合金材料具有许多优点，包括密度低、比强度高，塑性好，可加工成各种形状的型材，并且具有优良的导电性、导热性和抗腐蚀性。一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能、物理性能和抗腐蚀性能。且铝合金相较不锈钢更为轻盈，适用于各种类型的玩具。目前铝合金材料在玩具设计中已经广泛使用，材料使用量仅次于不锈钢。

（三）铜材料

铜材料质地较软，有良好的导电性，且成本低廉，益智玩具中常常使用铜材料，但铜材料耐磨性太差，且易变形，使用寿命不长，因此使用铜材料的玩具并不多。

三、玩具产品中的金属材料应用的结构特点

（一）折叠式

在金属玩具中，折叠式结构经常使用于益智玩具中，折叠结构是生活中很常见的一种结构，充当着“多功能”和“空间整理”的角色。在儿童玩具设计中，折叠结构通常将大体积玩具进行收纳压缩，或者将儿童玩具中的多功能性融为一体。金属赋予了这种结构十分坚固的特性，在使用过程中玩具不易损坏，且折叠中不易产生磨损，极大地培养了使用者的动手能力，且折叠式结构提供了玩具玩法的多种可能性，使金属材料在这其中极大地发挥了其应该有的作用和特点。

（二）固定式

固定式相较于折叠式显得呆板乏味，但金属材料的稳固性在这时得到了体现，固定式的金属部件使玩具本身更富有质感且抗冲击，在使用过程中，固定式设计相较折叠式更坚固，不易损坏，且由于其本身的固定设计，这种玩具使用寿命更长，突出了金属材料的坚固性。

（三）拆装式

拆装式的金属玩具较少，但仍有部分高端玩具在制造时使用了金属材料，因为拆装式玩具对材料耐磨性要求较高，使用过程中金属材料能够很好地贴合且不易变形，缺点是拆装式玩具较为危险，小部件容易被低龄儿童吞咽下去。

四、金属玩具产品中的连接形式分析

（一）焊接式

大部分金属玩具，例如赛车等一体式玩具都采用了焊接的工艺，采用了加热加压的方法，使金属之间结合紧密不易损坏，但同时焊接后造成的接缝会破坏玩具的整体美观度。焊接式也是大部分金属玩具中都会使用的连接形式。

（二）磁性连接

在金属玩具中，有很多采用了磁性连接的形式，在材料制作过程中加入磁铁材料，使部件之间的连接更加平滑，使用更方便，常常应用于积木等产品。这种磁性连接方式使得本来不稳固的部件之间有了作用力，使用体验更好。

（三）螺纹联结和螺旋传动

金属玩具中螺纹联结和螺旋传动的连接方式同样广泛，这种连接方式所提供的稳固性不比焊接差，且由于金属材料的耐磨性，使得这种连接方式在金属玩具中发挥了巨大作用。但缺点在于长时间不旋紧密会造成松动，且需要定期保养连接部位巩固润滑性。

五、玩具产品中金属材料加工的工艺

儿童玩具中的金属材料常见的加工工艺有铸造、轧制、切削加工、以及表面抛光和镶嵌等。

（一）铸造

铸造是将熔融态的金属浇入铸型后再使其冷却凝固，从而成为具有一定形状的铸件的工艺方法。但它容易造成内部缺失，主要用于制造小型金属玩具的零部件和大型玩具中的某个具有固定形状的小型部件。大多数玩具产品采用的是压力铸造，这种方式制造出来的铸件尺寸精确且表面光洁，组织致密且生产效率比较高，适用于大多数小型玩具及其部件。

（二）轧制

轧制是利用两个旋转轧轮的压力，使金属材料在一定空间内产生变形，这种工艺过程通常用在最初的加工部件或简单的部件上，按轧制温度分为热轧和冷轧。热轧是将材料加热到再结晶温度以上进行轧制，冷轧则是在室温下对金属材料进行轧制。热轧与冷轧相比，前者的变形抗力小、变形量大、生产效率高，因此热轧更适合于轧制较大断面的部件，以及塑性较差或变形量较大的金属材料；后者的变形抗力大、变形量小，轧制的产品尺寸精确、表面光洁、机械强度较高，因此冷轧更适合于轧制塑性好、尺寸小的金属玩具部件。

（三）切削加工

切削加工是利用切削刀具在切削机床上或手工将金属工件的多余加工量切去，从而达到规定的形状、尺寸和表面质量的工艺。切削加工通常适用于大型的金属玩具部件比如金属飞机模型的机翼等。

（四）表面抛光和镶嵌

表面抛光是利用机械或手工以研磨材料将金属表面磨光的方法。金属材料的表面抛光包括磨光、镜面、丝光和喷砂等效果，这些加工工艺可以让儿童玩具的表面视觉效果更好，看上去更加美观。金属表面镶嵌是指先在金属表面刻画出阴纹，然后嵌入金银丝或金银片等质地较软的金属材料，最后打磨平整、呈现纤巧华美装饰效果的一种金属表面处理手法。经过金属镶嵌的儿童玩具不适宜较小儿童使用。

六、总结

根据以上对玩具产品中的金属材料应用的结构特点、玩具产品中的金属连接形式以及玩具产品中金属材料加工的工艺的分析，可以发现金属玩具由于金属材料的易加工成型特征可以设计成形态各异的玩具形态，在玩具创新设计中有巨大的潜力。尤其在对儿童的认知发展方面，可以有更大的贡献。首先，金属材料有化学着色、阳极氧化着色、电解着色、镀覆着色、涂覆着色、热处理着色等丰富且成熟的着色工艺，加上金属材料本身对光线的反射特点，可以在视觉上给儿童强烈的图案和颜色刺激。其次，金属材料有表面锻打、镶嵌、蚀刻、切削和研磨抛光加工、拉丝等表面加工工艺，在触觉上可以具有丰富变化，给予儿童通过身体触觉的各种肤觉刺激。最后，金属抨击时的叮当声音及其变化，可以从听觉上给予儿童声音刺激。以上金属玩具带来的视觉、听觉和触觉感觉通道刺激，都对儿童的认知发展有推进作用。在儿童玩具设计中，甚至可以考虑在金属材料中加入嗅觉和味觉感觉变化，从而丰富金属材料设计方式，在提高趣味性的同时，增强儿童通过五感通道接触世界、提高认知能力。

作者:李晶 季尊良 单位:南京林业大学