每年的这个时候，从北极到南中国海的玩具厂的组装工通常都会松一口气。那是因为他们的装配线从旺季结束了。
然而，价值840亿美元的动作玩偶、积木、玩偶、游戏、玩具、拼图、无线电控制直升机、玩具车、泰迪熊、火车、卡车和其他玩具的市场全年相对稳定——不仅仅是在12月。
自经济大衰退以来，消费者对玩具的需求一直在反弹，前景一片光明。事实上，玩具工业协会预测美国17岁以下儿童的数量在未来20年将以每年9%的速度增长。
一代前，美国是世界的玩具资本，拥有成千上万的制造商。今天，许多玩具仍然在国内设计，但它们通常在亚洲组装。
虽然一些公司，如行业巨头孩之宝(Hasbro Inc.)和美泰(Mattel Inc.)，在中国、印度尼西亚、马来西亚和泰国拥有自己的工厂，但许多公司将生产外包给合同制造商。但是，玩具制造业正慢慢地开始回到美国。
“部分生产转移回来,虽然在小范围内,”卡罗琳Zulandt预计公司Freedonia Group Inc .的分析师“许多因素都支持这种趋势,包括国外生产成本不断上升,持续的安全担忧玩具在中国生产,对当地产业的支持,和对环保的玩具的需求。
Zulandt指出:“本土制造商还可以提供一定程度的定制，这在外国工厂完成大规模订单时通常是不可能的。”
“中国的成本优势是大大低于他们几年前,所以公司将重新评估是否有意义进口玩具和在国内生产,”丹尼尔•Berch主任佩尔Research LLC。“特别是高端(生产)流程和自动化使美国制造业更可行。”
MGA Entertainment旗下专门生产婴幼儿玩具的子公司Little Tikes Co.是一家看好回流的公司。该公司最近将部分生产业务从中国转移到了俄亥俄州哈德逊市的一家工厂，在那里，该公司大规模生产了200多种不同的色彩鲜艳的产品，比如广受欢迎的Cozy Coupe乘用车。
为了对抗低成本的中国竞争对手，小Tikes采用了精益生产和六西格玛生产原则。它还在工厂实施了自动化。例如，机器人被用来在16条灵活的装配线上钻孔，这些装配线都能够生产各种各样的产品。
“通过在美国生产我们的产品，我们能够密切监视生产，[这提高了]质量和生产力，”汤姆里士满，Little Tikes的总经理说。
塑料的规则
曾几何时，锡板和冲压钢是制造玩具的主要材料。但是，现在大多数产品都是由耐用、高冲击的塑料制成的，可以很容易地塑造成多种颜色、轮廓、形状和大小。这种材料还允许玩具制造商使用粘合剂、螺丝和超声波焊接来组装他们的产品。
聚烯烃、苯乙烯衍生聚合物和塑化聚氯乙烯是玩具制造商常用的材料。Herrmann Ultrasonics公司执行副总裁兼总经理Uwe Peregi说:“丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)也经常用于玩具行业。”
佩雷吉指出:“这种塑料重量轻，无毒。”“此外，它是抗撕裂的，高强度，并允许一个光滑的表面。这些都是玩具的理想特性。ABS是一种很好的超声波焊接材料。”
用于生产玩具的另一种材料是聚苯乙烯，其也与超声波焊接相容。
汉高公司的应用工程师安德鲁·斯科特补充说:“由于玩具制造商的利润率通常很低，通过材料或劳动力节省的可变成本对他们非常有吸引力。如今，玩具通常是由最便宜的可塑塑料制成的，这是一种烯化合物。”
“聚烯烃家族的基材，如聚丙烯、高密度聚乙烯和低密度聚乙烯，非常容易处理，价格低廉;但是，它们的表面能非常低，这使得它们在没有正确的粘合剂和底漆组合的情况下很难粘在一起，”斯科特警告说。
“氰基丙烯酸酯为组装这些难以粘合的塑料提供了许多选择，”斯科特补充道。“它们在高生产环境下固化迅速，成本低廉，易于处理，控制成本。”
玩具工程师必须小心地平衡材料成本和装配方法。设计工具公司(Design Tool Inc.)的工程总监凯文·巴克纳(Kevin Buckner)指出:“玩具通常是成本较低的产品，必须以最少的劳动力和成本高效组装。”该公司为美泰和其他玩具制造商提供螺丝起子设备。
降低成本和简化组装的一个方法是用更少的零件设计玩具。“简化，少花钱多办事是当今的关键，”布鲁斯·隆德(Bruce Lund)说，他是伊利诺斯州森林河(River Forest)的一位资深玩具设计师。
“作为较少的一种方法，我们开发了一种技术，可以在不使用电机和相关齿轮箱和控制器电路的情况下给我们移动和动画，”添加隆德。“我们努力获得一旦需要两个直流电机的行动。”
伦敦表示，一些玩具零件的壁厚也变得越来越薄。“我们看看几年前设计的产品，令人震惊地看到它们是如何过度建造的，并且使用远远超过需要的塑料，”他解释道。
“随着CAD软件在整个玩具行业的使用越来越普遍，塑料零件的形状也变得越来越复杂，”Buckner补充道。“例如，通过将组件移动到不同位置而从一种形状转变为另一种形状的玩具，其形状就非常复杂。
Buckner指出:“随着零部件变得越来越复杂，使用紧固件也变得越来越有挑战性。”“紧固件可能位于螺钉头部周围间隙最小的区域，这使得自动化非常困难。此外，紧固件通常位于限制螺丝进入的深凹处。
Buckner指出:“如今，玩具中使用的螺丝尺寸也越来越小，因为接头分析和成本驱使制造商使用最小的紧固件，以实现预期的接头完整性。”“较小的螺丝往往更难以实现自动化，因为(它们)周围的间隙区域通常限制更大，导致自动化系统的访问出现问题。较小的螺丝也更难以进给。”
“近年来，为了在不影响产品性能的情况下降低材料成本，(玩具)的壁厚已经成为一种趋势，”索尼克斯材料公司北美销售经理布莱恩·古尔利解释说。该公司为孩之宝和其他玩具公司提供设备。“这使得我们采用了不同的焊接方法，以避免在组装过程中产生任何隔膜(造成一个意外的孔)。”
肯·霍尔特称:“如今，大多数(玩具)，无论细分市场，形状、曲线和细节都很复杂，与过去的类似产品相比，都变得非常小。”Dukane公司的高级应用工程师说:“超声波焊接的挑战一直是将曲率和形状适应到超声波工装中，并尽量减少最终装配上的标记。
“幸运的是，先进的建模软件以及高速CNC加工中心，由玩具行业接受，”加入霍尔特。“所以，即使在可用的零件之前，也可以在超声波工具中准确地再现这些形状。”
加入利弊
胶接、螺丝驱动和超声波焊接都为寻找最佳塑料连接解决方案的玩具工程师提供了挑战和机遇。
有电气或机械运动组件的玩具严重依赖螺钉。“自攻螺杆设计，如塑料线形式，往往是玩具制造商最受欢迎的，”巴克纳说。
在装配过程中的缺陷或错误的情况下，使用螺钉的最大优势在于拆卸。“其他连接过程，例如粘合剂，塑料焊接或互锁适合，更难以拆卸，导致速度较高，”巴克纳说。“紧固件还增强了组装过程中自动化设备的使用。
“手持式自动进给螺丝驱动系统广泛应用于玩具组装应用，”Buckner补充说。机器人系统和XY笛卡尔系统的使用频率较低，因为这类系统的初始成本较高。”
Phillips Screw Co.的全球授权总裁Michael Mowins说:“像Xbox这样的高级游戏可以拆卸或升级，它们的拆卸和重新安装依赖于螺丝钉。
“摇头螺丝带有良好塑料的螺纹是最受欢迎的[玩具行业]，”摩尔人。“我们的更新驱动系统和一些防篡改驱动系统正在获得牵引力，因为制造商来看，最小化最终用户篡改，但优化了装配效率。”
根据Mowins，玩具行业中使用的螺钉尺寸范围从M2 /＃2到M3 /＃10。然而，一些电子玩具需要较小的紧固件。
“我们一直在研究一些新的微型螺丝(玩具应用程序)，它们在M1范围内，(类似于)在手机和平板电脑中发现的东西，但它们还不是标准，”莫文说。
粘合剂通常用于组装不需要维修或拆卸的玩具，如玩具娃娃和模型火车上的细节。斯科特说:“因为大多数玩具一旦坏了就会被扔掉，而且在使用期间不需要维修或保养，所以粘合剂非常适合玩具制造。”
“传统的组装方法，如机械紧固件和卡扣，会降低玩具的美观和可靠性，”斯科特说。这些装配方法还会增加零件生产的材料成本和复杂性。”
即时胶粘剂和光固化胶粘剂在玩具组装中很受欢迎，因为它们通常能对许多类型的塑料提供全方位的粘合。斯科特说:“这些技术可以粘合除塑料以外的许多其他基材，很容易融入高速自动化制造过程，使用方便，不需要混合。”
“通过使用氰基丙烯酸酯的快速固化粘合剂或氰基丙烯酸酯，玩具制造商可以简化联合设计，改善他们玩具的美学，降低材料成本，提高综合时间和复杂性，”斯科特们补充说。“此外，粘合剂通常提供卓越的强度和耐用性，而是通过机械紧固件进行耐用性。”
根据Scott的说法，粘合剂是一种“一刀切”的解决方案，提供了一种无需使用紧固件或模压夹就可以组装多个组件和基材的单一方法。“单一的粘合剂可以用于非常广泛的应用，连接配置和基材;然而，一个玩具可能需要好几种螺丝，而一整条玩具可能需要几十种或数百种螺丝，”他指出。
超声波塑料焊接是另一种选择。事实上，这项技术的首次应用发生在50年前的玩具行业。Sonics & Materials的总裁兼首席执行官鲍勃·索罗夫(Bob Soloff)将他新发明的组装工艺卖给了Ideal Toy Co.。这家玩具制造商购买了一台超声波焊机，用来组装罗伊·罗杰斯(Roy Rogers)的公共马车牛仔套件。理想玩具公司渴望用一种更自动化的方法取代手持式粘接方法。
今天，超声波焊接被用来组装各种各样的玩具，包括船、小雕像和游戏部件。这项技术提供了极快的循环时间，这对玩具工程师很有吸引力。
佩雷吉说:“生产必须快速高效。“玩具制造商正在寻找一种既快速又符合质量和安全要求的连接方法。
Peregi补充道:“优化工具的寿命也是关键。“超声焊接玩具的工具通常由淬火钢(如铝或钛)制成，并带有特殊涂层，以确保长期耐用性和复杂的外形。”
由于超声波焊接提供最快的加工时间，因此Peregi表示，这是每件最经济的加入方法，即使它需要比其他装配过程更高的前期资本投资。
Peregi指出:“由于连接区域部件的特殊设计几何形状和焊接工具的优化，有可能实现优化的结果，以及良好的视觉外观。”“由于在不同的生产现场对所有参数进行了精确的测定，结果可以保存下来进行跟踪，并且很容易在世界各地重现。超声波焊接用于玩具组装的另一个优点是转换时间快。
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