1.1.1 剪切工具

选用邦克、鹰之印、威达、世达、百锐、宝锋、匠华、长城精工、力箭、王麻子10个品牌的24种工具共76把, 其中钳类工具14种, 剪类工具10种, 根据实验内容的需要选用不同种类的工具和规格。

1.1.2 仪器设备

尼康D810数码照相机, 莱卡EZ4HD立体显微镜, ZOOM-700P读数显微镜, 游标卡尺。

剪切客体时采用垂直于线材长轴的方式, 剪切客体包括紫铜丝（直径4 mm）、铝丝（直径4 mm）、铅丝（直径6 mm）、贯通地线（直径11 mm）、铁路线缆（直径16 mm）等线材; 使用不同品牌、种类和规格的工具剪切不同的线材, 剪切形成的两个断头做好与剪切刃口里外侧的对应记录, 方便后续分析断头形态与工具刃口的对应关系。

用橡皮泥固定剪切的断头, 用相机拍照记录断头侧面形、立顶、峰角等特征, 用立体显微镜观察剪切坡面上的线条形态, 用游标卡尺测量工具刃顶厚度, 用读数显微镜测量剪切断头立顶高度和峰角大小。

剪切断头侧面形能反映出断头峰角大小、坡面的陡缓、立顶的高低, 也反映了钳、剪类工具的咬合状态, 是区别工具种类的主要依据。在GB/T 6289-2013《夹扭钳和剪切钳术语》将剪切工具刃口形态分为双斜面刃、单斜面刃、刀砧式刃、剪式刃的基础上, 笔者发现钳剪类工具的刃口形态可进一步细分为：对称双斜面刃、非对称双斜面刃、单斜面刃、刀砧式刃、斜面剪式刃、平面剪式刃、刀切刃7种形态（图1）。

图1

Fig.1

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	图1 钳剪工具刃口咬合形态（a：对称双斜面刃; b：非对称双斜面刃; c：单斜面刃; d：刀砧式刃; e：斜面剪式刃; f：平面剪式刃; g：刀切刃）Fig.1 Blade occlusions of pliers and scissors (a: symmetric double-bevel edge; b: asymmetrical double-bevel edge; c: single bevel edge; d: anvil-oid edge; e: bevel-cutting edge; f: plane-shear-oid blade; g: knife-cutting edge)

2.1.1 双斜面刃工具及断头侧面形特征

双斜面刃工具根据里、外刃形态的不同, 分为对称与非对称双斜面刃两种。

1）对称双斜面刃工具

此类工具里刃、外刃的咬合角度基本相等, 常见的有断线钳、手持式液压剪等。使用鹰之印450 mm断线钳、邦克4~16 mm手持式液压剪分别剪切4 mm紫铜丝, 制作样本断头80枚, 发现所形成的断头侧面形特征均反映为：一次剪切形成两个断头, 四个坡面; 两个断头的坡面大小、长短基本对称; 单个断头的两个坡面有明显夹角（图2、图3）。

图2

Fig.2

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	图2 鹰之印450mm断线钳、刃口形态及剪切紫铜丝断头侧面形Fig.2 Blade occlusion and profiles of broken ends from copper wire cut by Bestir’ s 450-mm bolt cutter

图3

Fig.3

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	图3 邦克4~16mm手持式液压剪、刃口形态及剪切紫铜丝断头侧面形Fig.3 Blade occlusion and profiles of broken ends from copper wire cut by Bunker’ s 4-16 mm hand-held hydraulic cutter

2）非对称双斜面刃工具

非对称双斜面刃工具里、外刃的咬合角度有较大的差异, 钢丝钳、电工钳、斜嘴钳、带刃尖嘴钳、顶切钳、弯嘴钳、胡桃钳、扎线钳都属于此类工具。选用鹰之印6寸斜嘴钳、威达7寸胡桃钳分别剪切4 mm铝丝和6 mm铅丝, 制作样本断头160枚, 发现所形成的断头侧面形特征均反映为：一次剪切形成两个断头, 四个坡面; 两个断头的坡面大小、长短不对称; 单个断头的两个坡面有明显夹角（图4、图5）。

图4

Fig.4

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	图4 鹰之印6寸斜嘴钳、刃口形态及剪切铝丝断头侧面形Fig.4 Blade occlusion and profiles of broken ends from aluminum wire cut by Bestir’ s 6-inch diagonal pliers

图5

Fig.5

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	图5 威达7寸胡桃钳、刃口形态及剪切铅丝断头侧面形Fig.5 Blade occlusion and profiles of broken ends from lead wire cut by Maxpower’ s 7-inch carpenter’ s pincers

2.1.2 单斜面刃工具及断头侧面形特征

常见的工具主要是水口钳。选用鹰之印5寸水口钳剪切6 mm铅丝, 制作样本断头40枚, 发现所形成的断头侧面形特征均反映为：一次剪切形成两个断头; 其中一个断头的两个坡面有明显夹角, 另一个断头的两个坡面基本为平面且在断头中部有一条直形分离线（图6）。

图6

Fig.6

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	图6 鹰之印5寸水口钳、刃口咬合形态及剪切铅丝断头侧面形Fig.6 Blade occlusion and profiles of broken ends from lead wire cut by Bestir’ s 5-inch plastic nipper

2.1.3 刀砧式刃工具及断头侧面形特征

常见工具主要有尖嘴带刃大力钳和曲口带刃大力钳。选用世达9寸尖嘴带刃大力钳、世达7寸曲口带刃大力钳, 分别剪切6 mm铅丝, 制作样本断头80枚, 发现所形成的断头侧面形特征均反映为：一次剪切形成两个断头, 四个斜坡; 单个断头的两个坡面有明显的高低区别, 在两个斜坡间有一个接近于垂直的面（图7、图8）。

图7

Fig.7

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	图7 世达9寸尖嘴带刃大力钳、刃口形态及剪切铅丝断头侧面形Fig.7 Blade occlusion and profiles of broken ends from lead wire cut by Sata’ s 9-inch locking pliers

图8

Fig.8

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	图8 世达7寸曲口带刃大力钳、刃口形态及剪切铅丝断头侧面形Fig.8 Blade occlusion and profiles of broken ends from lead wire cut by Sata’ s 7-inch locking pliers

2.1.4 剪式刃工具及断头侧面形特征

剪式刃工具根据工具刃口形态的不同, 分为斜面剪式刃和平面剪式刃两种。

1）斜面剪式刃工具

常见工具主要有：线缆剪、民用剪、剪花剪、电工剪、航空剪、剪枝剪、铁皮剪、整篱剪等, 此类工具刃口一侧呈斜面, 另一侧为平面。选用鹰之印450 mm线缆剪、匠华剪花剪分别剪切4 mm紫铜丝, 制作样本断头80枚, 发现所形成的断头侧面形特征均反映为：一次剪切形成两个断头, 四个斜坡; 两个断头的坡面大小、长短基本对称; 单个断头的两个斜坡坡度较缓且多为一大一小（图9、图10）。

图9

Fig.9

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	图9 鹰之印450 mm线缆剪、刃口咬合形态及剪切紫铜丝断头侧面形Fig.9 Blade occlusion and profiles of broken ends from copper wire cut by Bestir’ s 450 mm cable cutter

图10

Fig.10

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	图10 匠华剪花剪、刃口咬合形态及剪切紫铜丝断头侧面形Fig.10 Blade occlusion and profiles of broken ends from copper wire cut by brand-Jianghua’ s flower-clipping scissors

2）平面剪式刃工具

常见工具有鲤鱼钳和钢带剪, 此类工具刃口两侧均为平面。使用威达150 mm鲤鱼钳、邦克300 mm钢带剪分别剪切4 mm紫铜丝, 制作样本断头80枚, 发现所形成的断头侧面形特征均反映为：一次剪切形成两个断头, 四个坡面; 两个断头的侧面形基本对称; 单个断头的两个坡面有明显的陡缓区别, 其中一个坡面接近垂直（图11、图12）。

图11

Fig.11

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	图11 威达150 mm鲤鱼钳、刃口形态及剪切紫铜丝断头侧面形Fig.11 Blade occlusion and profiles of broken ends from copper wire cut by Maxpower’ s 150-mm slip-joint pliers

图12

Fig.12

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	图12 邦克300 mm钢带剪、刃口形态及剪切紫铜丝断头侧面形Fig.12 Blade occlusion and profiles of broken ends from copper wire cut by Bunker’ s 300 mm steel-strip scissors

2.1.5 刀切刃工具及断头侧面形特征

刀切刃的剪切原理与常规的钳、剪类工具不同, 常规钳、剪类工具均有2个剪切刃, 而刀切刃工具只有1个剪切刃, 以切割的方式进行剪切, 典型工具为铝塑剪。使用鹰之印42 mm铝塑剪剪切6 mm铅丝, 制作样本断头40枚, 发现所形成的断头侧面形主要特征为：一次剪切形成两个断头; 每个断头只有一个面且均接近于平面（图13）。

图13

Fig.13

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	图13 鹰之印42 mm铝塑剪、刃口形态及剪切铅丝断头侧面形Fig.13 Blade occlusion and profiles of broken ends from copper wire cut by Bestir’ s 42 mm aluminum-plastic shear

工具剪切客体时, 刃侧接触分离面后, 受推挤力的作用, 在刃口形成线形痕迹的基础上留下刃侧的痕迹特征, 这种痕迹一般是刃侧加工花纹留下的痕迹^[12], 结合前文所做剪切实验对常见工具的刃侧加工花纹印压痕迹进行了系统分析, 发现钳类工具刃侧加工花纹多为直线、斜线、弧线（图14）, 坡面上印压痕迹多反映为斜线和弧线（图15）; 剪类工具刃侧加工花纹多为直线（图16）, 少见斜线和弧线, 在剪切过程中加工花纹印压痕迹与刃口擦划线条痕迹叠加在一起, 反映不明显（图17）。因此, 如果断头坡面上出现刃侧加工花纹印压痕迹, 多为钳类工具形成; 坡面上如果未反映出刃侧加工花纹, 也不能排除钳类工具。

图14

Fig.14

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	图14 钳类工具刃侧常见加工花纹类型（左：鹰之印450mm断线钳; 中：百锐8寸顶切钳; 右：邦克8寸带刃尖嘴钳）Fig.14 Common types of processed patterns on the blade sides of the clamps (left: Bestir’ s 450-mm bolt cutter; middle: Berent’ s 8-inch top cutting plier; right: Bunker’ s 8-inch pointed-nose plier with a blade)

图15

Fig.15

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	图15 断头坡面上的加工花纹印压痕迹（左：百锐8寸顶切钳; 右：鹰之印450mm断线钳）Fig.15 Impressed marks on the broken ends’ slopes formed by processed patterns on the side of tools (left: Berent’ s 8-inch top cutting plier; right: Bestir’ s 450-mm bolt cutter)

图16

Fig.16

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	图16 剪类工具刃侧常见直线型加工花纹（左:邦克整篱剪; 右:宝锋民用剪）Fig.16 Common linear pattern processed on the blade sides of the scissors (left: Bunker’ s hedge shear; right: Baofeng’ s civilian scissors)

图17

Fig.17

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	图17 断头坡面上的加工花纹印压痕迹（左：邦克整篱剪; 右：宝锋民用剪）Fig.17 Impressed marks on their slopes formed by processed patterns on the tool’ s side (left: Bunker’ s hedge shear; right: Baofeng’ s civil-used scissors)

断头立顶的厚度、高度、形态和印压痕迹特征综合反映了工具刃顶结构, 本部分实验主要探讨立顶高度和立顶形态在工具种类推断中的应用。

2.3.1 立顶高度

工具刃顶厚度可以通过断头立顶的高低反映出来, 一般来说, 刃顶厚形成的断头立顶高, 刃顶薄形成的断头立顶低。笔者对鹰之印450 mm断线钳、邦克160 mm钢丝钳、鹰之印6寸斜嘴钳、邦克8寸带刃尖嘴钳、鹰之印5寸水口钳、鹰之印450 mm线缆剪、宝锋200 mm民用剪、邦克4~16 mm手持式液压剪、鹰之印6寸电工钳、百锐8寸顶切钳、百锐9寸扎线钳、长城精工150 mm弯嘴钳、威达7寸胡桃钳、威达145 mm电工剪、威达175 mm左弯头航空剪、威达150 mm剪枝剪、邦克10寸铁皮剪、邦克整篱剪等共6个品牌18种工具的刃顶厚度进行了逐一测量, 在制作剪切样本时, 为保证工具剪切时能较好的反映出工具的刃顶特征, 使用了硬度、直径相对适中的4 mm紫铜丝作为剪切实验材料, 制作样本断头720枚（每把工具制作样本断头40枚）, 并对每枚断头反映出的立顶高度进行了测量, 从测量数据发现：除顶切钳、扎线钳、胡桃钳3种钳类工具外, 其他钳类工具的刃顶相比剪类工具的刃顶要厚; 从剪切断头立顶高度来看, 除顶切钳、扎线钳、胡桃钳剪切断头立顶不明显外, 其他钳类工具的剪切断头立顶相比剪类工具的剪切断头立顶要高且明显。当断头立顶高度大于0.12 mm时, 均为断线钳、钢丝钳、电工钳、弯嘴钳、手持式液压剪所剪; 当断头立顶不明显时, 均为线缆剪、民用剪、电工剪、航空剪、剪枝剪、铁皮剪、整篱剪、顶切钳、扎线钳、胡桃钳所剪; 当断头立顶高度小于0.12 mm或不明显时, 不能完全排除钳类工具, 这是因为当钳类工具剪切客体时, 断头上的立顶有时会部分缺失或全部转移到另1个断头上。

2.3.2 立顶形态

工具剪切客体时, 刃顶形态会反映在立顶上。工具刃顶形态主要有直线形和弧线形两类, 有些特殊工具的刃顶还可细分为：带齿直线形、双弧曲线形等。选用鹰之印450 mm线缆剪（单剪切刃）、邦克6寸线缆剪（双剪切刃）、威达175 mm左弯头航空剪进行剪切实验, 为使剪切断头立顶形态特征反映明显, 笔者结合这3种工具的剪切能力, 分别选用了11 mm贯通地线、16 mm铁路线缆、6 mm铅丝作为剪切实验材料, 制作样本断头120枚, 对制作的样本断头进行观察, 发现：单剪切刃线缆剪形成的立顶形态为弧线形（图18）, 双剪切刃线缆剪形成的立顶形态为双弧曲线形（图19）, 带齿航空剪形成的立顶形态为带齿直线形（图20）。

图18

Fig.18

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	图18 鹰之印450mm线缆剪、单剪切刃弧线形态及剪切断头立顶形态Fig.18 Single curved-edge shear (Bestir’ s 450mm cable cutter) to form the top plane by cutting a cable

图19

Fig.19

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	图19 邦克6寸线缆剪、双剪切刃双弧曲线形态及剪切断头立顶形态Fig.19 Double curved-edge shear (Bunker’ s 6-inch cable cutter) to form the top plane by cutting the test sample

图20

Fig.20

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	图20 威达175mm左弯头航空剪、带齿直线形刃口形态及剪切断头立顶形态Fig.20 Straight toothed-blade (Maxpower’ s 175mm left-elbow air shears) to occlude out a top plane by cutting a test sample

当工具剪切客体时, 咬合角制约着断头峰角, 断头峰角反映咬合角。选用鹰之印、邦克、世达、百锐4个品牌不同规格的断线钳、钢丝钳、斜嘴钳、带刃尖嘴钳、水口钳、线缆剪及宝锋、匠华、力箭、王麻子4个品牌的民用剪共76把工具, 测量每把工具的咬合角, 考虑到客体材质对工具剪切断头峰角与咬合角关系的影响, 剪切实验时用每把工具分别剪切4 mm紫铜丝、6 mm铅丝, 制作剪切样本断头6080枚（每把工具制作样本断头80枚）, 将以上工具的咬合角范围及样本断头峰角范围进行比较（表1）。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 工具咬合角及断头峰角测量数据 Table 1 Relationship between the tool’ s blade angles and pinnacled angles of broken end formed by tool cutting 工具名称 咬合角 （里）/° 咬合角 （外）/° 断头峰角（里）/° 断头峰角（外）/° 断线钳 104~122 104~128 112~130 107~129 钢丝钳 94~125 90~123 91~130 91~125 斜嘴钳 52~88 102~136 45~87 112~135 带刃尖嘴钳 94~125 105~127 96~129 101~128 水口钳 61~72 180 65~74 180 线缆剪 133~151 133~151 137~145 138~144 民用剪 161~167 162~165 158~168 160~165

表1 工具咬合角及断头峰角测量数据 Table 1 Relationship between the tool’ s blade angles and pinnacled angles of broken end formed by tool cutting

从表1测量数据分析：工具咬合角与断头峰角之间具有密切的关联性, 工具咬合角小的一侧所剪断头峰角也较小, 咬合角大的一侧所剪断头峰角也较大; 但断头峰角与咬合角并不是完全的对应关系, 而是受到剪切客体材质的影响而存在不同程度的误差, 在所选用的七种工具中, 二者对应误差区间集中在1~10° , 误差最大的是斜嘴钳的外咬合角与其形成的断头峰角, 误差最小的是民用剪刀的外咬合角与其形成的断头峰角。断头峰角的大小可以作为判断工具种类的依据之一。