彭 迪， 田 浩

(1.西南政法大学刑事侦查学院， 重庆 401120；2.重庆市高校物证技术工程研究中心， 重庆 401120；3.重庆市公安局北碚区分局燎原派出所， 重庆 400700)

断线钳张角与断头坡面线痕偏角关系的量化研究

彭 迪1，2， 田 浩3

(1.西南政法大学刑事侦查学院， 重庆 401120；2.重庆市高校物证技术工程研究中心， 重庆 401120；3.重庆市公安局北碚区分局燎原派出所， 重庆 400700)

目的 研究断线钳剪切张角与剪切断头斜坡面纹线偏折角度的定量关系，从而为剪切痕迹鉴定样本的制作提供理论依据。 方法 分别使用350 mm、450 mm、600 mm、750 mm、900 mm型号的断线钳以不同张角剪切直径不同的铅丝，应用立体显微镜分别对不同条件下形成的断头斜坡面纹线进行观察，根据斜坡面线痕的偏折方向判断剪切方向以选取测量纹线，再运用图像处理软件对偏角进行测量，最终建立剪切张角与坡面线痕偏角的线性回归关系。 结果 不同剪切张角剪切形成的断头，其坡面线痕偏折角度不同，且偏角随剪切张角的增大而增大，二者有良好的线性关系(R2≈0.99)。结论 偏角约为剪切张角的一半。经实验验证，研究有助于快速、准确地制作鉴定样本，可显著提高剪切线痕对接率，为剪切类工具的鉴定提供了新的思路。

断线钳； 剪切张角； 偏折角度； 剪切痕迹； 线痕对接

0 引言

断线钳系常见的剪切较粗棒线材的对口咬合工具，其两爿片用压板及压板螺栓固定，以圆柱销为轴张开或咬合，其双杠杆结构决定能以较小的力获得较大的机械效率。犯罪嫌疑人常利用断线钳破坏速度快、省力的特点，剪断挂锁锁梁、防盗网、窗栅等障碍物，以实施犯罪活动。

众所周知，剪切工具的鉴定关键在于制作与检材痕迹条件接近的实验样本，而其难点是难以准确判断剪切部位及方向。实践中通常的做法是通过预备实验大量制样来确定相同或相似部位[1]，但这样无疑会增大鉴定工作量，且容易对嫌疑工具刃口造成破坏；有学者[2]提出可通过观察刃口部位的新鲜擦痕以及破损、卷边和可疑附着物来确定剪切部位，但不适用于刃口没有明显缺损的断线钳；还有研究者[3]指出可利用前、后刃剪切断头坡面弧形擦划线条的弧度差别，大致判断剪切部位，但其研究缺乏实验数据支撑，且没有提出严密的科学论证和数量关系；张书杰等[4]利用有角剪切方式的线条痕迹测算剪切距离，对制作鉴定样本有启示作用，但其计算方法相对繁琐,不便于向实战部门推广；王炳成[5]等试图通过分形几何理论建立剪切痕迹表面轮廓曲线来分析坡面线痕的形貌特征，但结论主要运用于工具种类认定，对样本制作价值不大。刘岩等[6]通过实验测定了钢丝钳铣纹痕迹数量和斜角度与刃口位置之间的关系，该方法能大致判断出剪切刃口的位置，但反适用于刃侧为铣加工的钳具，运用范围有限。本文通过实验确定断线钳剪切张角与断头坡面花纹偏折角度的关系，为科学制作样本提供一种简便方法，也对该类痕迹的自动化识别提供基础数据。

1 实验与分析

1.1 实验原理

断线钳的两刃在发挥剪切作用时，是以持续变化的角度作用于客体，通过减小两刃所组成的夹角来实现对客体的挤压，直至夹角变为零时发生断裂，所以客体受到的是一组方向相似圆弧形态，时刻都在变化的对称力。本文研究的剪切张角是指上、下刃分别与剪切客体表面相切时所构成的夹角α，见图1；偏折角度是指剪切断头坡面斜向线痕入切方向与止切方向之间变化的角度。分别作剪起缘与剪止缘处线痕的切线，两切线相交所成的锐角夹角即为偏折角度β，见图2。

图1 断线钳剪切力的作用过程

图2 坡面偏角示意图

断线钳两刃片在进行剪切时，两刃片以一定的初始夹角绕工具轴心做圆弧运动，直至夹角减小为零。而断线钳直剪线材时，两刃片是完全对称运动的，所以当工具剪断线材、两刃闭合时，每个刃片相当于只运动了剪切张角一半的圆心角。既然两刃片在断头斜坡面上的运动方向是持续变化的，那么刃口及刃侧上的加工痕迹特征在进行剪切运动时在断头斜坡面上也应该留下符合运动规律的痕迹，即无论是刃口留下的擦划痕迹，还是刃侧的印压痕迹，都会有线痕流向与角度的变化特征，这是本文研究的张角与偏角关系的理论依据。

图3 逆时针剪切方向

1.2 实验器材

型号为350 mm、450 mm、600 mm、750 mm、900 mm较新断线钳各一把；φ4 mm、6 mm、8 mm、10 mm的铅丝若干；比较显微镜(ZBA-5，芜湖市皖江光电仪器有限公司)、立体显微镜(蔡司Stemi DV4，德国)各一台；计算机一台及Photoshop CS软件；量角器、硬纸板、台钳工作台。

1.3 样本的制作与观察

预实验表明，5种不同规格断线钳最大张角约为24°～25°。由于影响断头坡面线痕清晰程度的因素较多，故准确测量偏角大小成为本研究的关键之一。如果实验设计剪切张角的变化量过小，剪起缘、剪止缘线痕将变化不大，即偏角不大，这容易带来测量误差；反之，则会造成统计点过少，影响后期数据的处理与分析。根据不同规格断线钳的最大张角及实验要求，本研究预设剪切张角分别为5°、10°、15°、20°、25°或8°、12°、16°、20°、24°，这既满足统计分析的基本要求，也符合本实验的实际情况，具体步骤如下：

(1)利用事先预备的量角器、剪刀在硬纸板上分别制作不同角度的角形模具。

(2)利用5个角度的角形模具将不同规格断线钳两刃片的张角分别调整到相对应角度，将合适规格的铅丝固定于台钳钳口处，用断线钳直剪铅丝5次以上，选取线痕反映性较好的断头备检。

(3)标记好每个断头的剪切方向，将其一一置于立体显微镜下观察并筛选纹线特征反映性较好的断头坡面并拍照留存。

1.4 偏角的测量方法

1.4.1 判断剪切方向

剪切方向是指断线钳刃片在斜坡面上做弧形运动的方向。测量偏角大小应先对断头的剪切方向进行判断，其目的就是帮助检验人员寻找最能反映痕迹方向变化的线痕。因为当断线钳两刃以一定的夹角对圆形铅丝进行剪切时，铅丝与两刃片相切的两切点的距离永远小于铅丝的直径，表现在断头坡面上就是切点处于靠近轴心一侧见图1。

判断方法应先确定刃片做圆弧运动的轴心，然后判断斜坡面剪切方向是顺时针还是逆时针。由于断线钳在剪切过程中刃片是以类圆弧的轨迹做运动的，所以刃片的运动方向就是圆弧的切线方向，表现在坡面上就是线痕的偏折方向。如图3所示，从痕起缘到痕止缘看线痕为逆时针旋转，则剪切方向即为逆时针，轴心在左侧；反之如图4，剪切方向为顺时针，轴心在右侧。

图4 顺时针剪切方向

1.4.2 确定入切点

在判断好断头的剪切方向之后，应寻找断线钳刃口入切点附近的线痕作为测量对象。根据断线钳最大张角25°及实验原理，入切点应在剪起缘圆弧中点偏向轴心12.5°的范围内，如图5。

图5 测量范围示意图

1.4.3 测量角度

确定好入切点范围内的线痕之后，即可根据该线痕在剪起缘处的入切方向以及在剪止缘处的止切方向，通过Photoshop软件分别做两处切线的延长线直至相交，使用“标尺工具”测量两延长线夹角，即可得到偏折角度的大小。由于切点处线痕的偏折角度最大，所以在取值时应在测量范围内多寻找几条纹线，分别测量它们的偏折角度，然后取最大值。为了提高准确度，需要再多测量几个同样条件下剪切形成的断头坡面线痕的偏折角度，最后求取平均值。

2 结果与讨论

2.1 实验结果

根据断线钳的剪切范围，结合前文1.3预设的剪切张角，分别用5种不同规格的断线钳剪切φ5 mm、6 mm、8 mm的铅丝，所测得各组偏角大小见表1～5，部分显微图片见图6、7。

依据表1～5数据，分别作出5种断线钳剪切客体时张角与偏角关系的标准曲线，并求得相关系数，结果见表6。

表1 350 mm断线钳剪切5 mm铅丝的偏角 (单位：度)

表2 450 mm断线钳剪切6 mm铅丝的偏角 (单位：度)

表3 600 mm断线钳剪切6 mm铅丝的偏角 (单位：度)

由表6可知，不同规格断线钳剪切张角与断头斜坡面的线痕偏角均满足良好的线性关系，随着张角的增大，偏角随之增大；二者线性关系可近似处理成偏角为张角的一半，即断头线痕偏角约为断线钳剪切张角的一半。

表4 750 mm断线钳剪切8 mm铅丝的偏角 (单位：度)

表5 900 mm断线钳剪切8 mm铅丝的偏角 (单位：度)

表6 5种型号断线钳张角与断头线痕偏角的线性关系

图6 450 mm断线钳剪切6 mm铅丝的断头坡面

由图6、7可知，随着断线钳张角的增大，断头斜坡面痕迹呈现规律性的变化，主要体现在线痕的流向变化上，尤其是接近剪止缘部的大量线痕向轴心方向倾斜，其倾斜流向是判断剪切方向的重要特征。

2.2 讨论

2.2.1 断线钳的新旧程度的影响

本次实验所用断线钳均较新，刃口、刃侧只有出厂加工花纹痕迹，基本没有后期使用磨损特征。实际案件中所获取的嫌疑工具可能已经使用过一段时间，钳刃可能存在缺损、卷边或有异物附着等情况，但是这些特征应不会影响实验的结果。只要断线钳轴心固定，则刃侧与断头坡面的相对运动是固定的，无论是细小还是粗大的擦痕，都会反映出同样的运动规律。如果刃部特别明显的磨损特征，反而可以成为判断留痕部位的重要依据。当然，实验使用的工具不存在刃片错位，螺丝松动等情况，非对等咬合条件下，断线钳张角与偏角的关系尚待进一步研究。

2.2.2 断线钳刃侧的加工花纹的影响

断线钳的刃侧加工花纹主要以铣纹、磨纹为主，方向既有纵向，也有斜向。实验发现，断线钳花纹加工花纹的种类、流向及粗细并不会影响对剪切方向以及偏折角度的判断，只会决定坡面中部印压花纹整体的流向。

2.2.3 线材直径的影响

图7 750 mm断线钳剪切8 mm铅丝的断头坡面

本研究前提条件就是断头斜坡面上能反映出线痕方向的变化，如果剪起缘、剪止缘线痕变化量太小，会对偏角测量造成很大难度。过小直径的线材会导致断线钳张角随之减小，上下两爿体运动角度变小，则断头斜坡面积也小，这样坡面就很难表现出因张角的变化而带来的线痕走向变化。经实验验证，被剪客体的直径不能太小，至少应大于4 mm。另一方面，剪切较大直径(10 mm以上)的线材则会相应增大张角，然而受制于断线钳的最大张角(24°～25°)，本研究可选择的初始张角又会受到限制。综合两方面考虑，本次研究采用的客体为尺寸适中的φ5 mm、6 mm、8 mm 3种规格的铅丝。对比表2与表3、表4与表5的偏角数据，可知同一型号断线钳剪切不同规格铅丝，所测得偏角基本一致，表明本实验结果并不受材料直径的影响。

2.2.4 断线钳型号的影响

为考察断线钳型号对偏角大小的影响，特分别使用350 mm、450 mm、600 mm规格的断线钳剪切6 mm铅丝，所测得偏角大小见表7。

表7 3种型号的断线钳剪切6 mm铅丝的偏角 (单位：度)

注：表7中“/”表示此种条件下无法剪切形成断头。

由表7可知，不同型号断线钳剪切同一规格铅丝，所测得的偏角大小基本一致，这表明本实验结果不受断线钳型号的影响。

2.2.5 客体材质的影响

客体材质种类主要影响断头坡面线痕的反映性。本实验客体铅丝的塑性大，韧性小，抗剪切能力小，因此断头坡面中部上的擦划线条通常容易被刃侧的印压痕迹所覆盖；剪止缘附近的擦划线条也由于塑性大而呈现出弧形而与剪止缘弧形重叠，对偏角测量有一定干扰。本次未对材料种类的影响因素进行考察，依据王洋[1]等的研究结果，铜丝、钢丝、铁丝的剪切断头坡面线痕的总体流向趋势方面可能有较大的差异。但依据本实验原理，只要痕起缘、痕止缘的线痕能分别反映出入切和止切方向，就能确定轴心及剪切方向，从而得到偏角数据。较硬金属线材断头坡面上的擦划线条应较明显，同时由于其抗钳切能力大，在钳切过程中金属客体有相对刃口向前稍微的滑动，因此在断头坡面的擦划线条弧度也减小呈近似直线状[3]，这会更有利于偏角的测量。

3 结论

本研究主要立足于解决剪切工具同一认定中样本制作的问题。为验证本研究实验结果“偏角≈1/2张角”的有效性，使用450 mm型号的断线钳以20°张角制作剪切6 mm铅丝，将制得的样本与检材(实验测得斜坡面偏角为10°)进行同一认定，所得结果见图8。

图8 检材(偏角20°)与样本(张角10°)的比对效果

断线钳作为刑事犯罪现场常见的作案工具，其同一认定工作一直受到相关领域研究者和基层刑事技术人员的重视。经实验研究，不同型号的断线钳剪切不同规格的铅丝，测定剪切张角与线痕偏角均满足良好的线性关系，近似处理成偏角为张角的一半。这不仅有助于研究者进一步深入了解剪切坡面线痕流向规律，而且这一结论简单直观，方便基层技术人员快速判断嫌疑工具的剪切部位，有意识地制作实验样本，一方面可以减少制作实验样本的次数，避免制样工作对嫌疑工具的破坏，另一方面也可提高鉴定工作的效率及准确率。

[1] 王洋, 罗亚平, 戴林.线材材质对断线钳刃部特征反映性的量化研究[J].中国刑警学院学报,2014(1):30-33.

[2] 韩均良.痕迹检验[M].北京：中国检察出版社, 2010.

[3] 王毅.断线钳剪切痕迹样本制作方法研究[J].黑龙江信息科技, 2011(19)：43.

[4] 张书杰, 谭铁君, 张忠良.对剪切线条痕迹的分析利用[J].中国刑警学院学报, 2001(3)：19-21.

[5] 王炳成, 景畅, 任朝晖, 等. 剪切痕迹表面分形维数的结构函数法计算及其应用[J].中国人民公安大学学报(自然科学版), 2004(1):4-6.

[6] 刘岩，王明直. 利用铣纹痕迹数量和角度判断钢丝钳剪切位置[J]. 刑事技术，2011(6)：38-40.

(责任编辑 陈小明)

重庆市教委科学技术研究项目(KJ130106)；重庆市高校市级工程研究中心项目(LCFS141203)。

彭 迪(1981—)，男，重庆人，讲师，博士。研究方向为物证技术学。

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