高速鋼麻花鉆金屬鉆屑痕跡的實(shí)驗(yàn)研究

譚鐵君， 馬元元

(1.西南政法大學(xué)刑事偵查學(xué)院， 重慶 401120； 2.重慶市公安局刑偵總隊(duì)， 重慶 400707)

0 引言

麻花鉆是日常生活中常見的切削刀具，主要用于切削木材、金屬、墻面等客體，往往也是犯罪嫌疑人用于破壞現(xiàn)場物品的一種工具。麻花鉆切削客體會(huì)形成孔洞和鉆屑兩種痕跡，通過對(duì)鉆屑痕跡的檢驗(yàn)，可以分析鉆的種類、認(rèn)定嫌疑鉆頭，確定犯罪嫌疑人與犯罪現(xiàn)場的關(guān)聯(lián)性，為案件的偵查和訴訟提供證據(jù)支撐。

隨著人們安全防盜意識(shí)和需求的不斷增強(qiáng)，金屬類安防用具使用率明顯提升，該類器具成為犯罪嫌疑人暴力進(jìn)入現(xiàn)場時(shí)的主要破壞目標(biāo)，金屬表面的工具痕跡成為國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。目前，金屬表面上的剪切痕跡、撬壓痕跡、打擊痕跡的相關(guān)研究成果較多，然而，麻花鉆切削痕跡的相關(guān)成果非常匱乏，少數(shù)學(xué)者對(duì)不同電鉆成痕進(jìn)行了籠統(tǒng)性的形態(tài)比較，缺少對(duì)鉆屑痕跡的深入性研究，對(duì)于麻花鉆所形成的金屬鉆屑痕跡方面的研究未見報(bào)道[1-7]。本文通過3種高速鋼麻花鉆切削不同金屬材質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，研究高速鋼麻花鉆在常見金屬客體上所形成的鉆屑痕跡，在分析鉆屑形成過程的基礎(chǔ)上，輔以案例，總結(jié)了麻花鉆鉆屑痕跡特征、影響因素及檢驗(yàn)中的注意事項(xiàng)，為金屬鉆屑類痕跡勘查和檢驗(yàn)提供參考。

1 麻花鉆的基本結(jié)構(gòu)及特征[8-10]

麻花鉆由裝夾部分、導(dǎo)向部分和切削部分組成，其中，裝夾部分與鉆或機(jī)床聯(lián)接并傳遞動(dòng)力，導(dǎo)向部分用于導(dǎo)向和排屑，由兩條螺旋溝組成，切削部分為前端的切削刃區(qū)域，由兩條主切削刃、一條橫刃和兩條副切削刃組成(見圖1)。在切削過程中，3種切削刃功能不同，主切削刃主要起層次剝離和開孔的作用，橫刃主要功能是切削定位，副切削刃主要起分離、排屑的作用。

圖1 麻花鉆結(jié)構(gòu)示意圖

麻花鉆的種類特征主要包括鉆的長短、直徑、螺旋角，切削刃的長短、角度，刃帶的高度和寬度等特征；個(gè)別特征主要包括切削刃刃口和刃帶上的加工缺陷以及使用過程中形成的缺損、磨刃等特征。

2 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

2.1 實(shí)驗(yàn)過程

選取“百分百”“大有”“遠(yuǎn)錦”等3種品牌高速鋼(HSS)麻花鉆作為造痕體，利用博士GSB 600RE型沖擊電鉆提供固定動(dòng)力，分別利用上述品牌的3種不同直徑的鉆頭，以相同的壓力、垂直切削銅板、鋁板、鉛板，收集剝離的鉆屑，利用Leica M205C視頻顯微鏡觀察、拍攝實(shí)驗(yàn)鉆頭和鉆屑痕跡，測(cè)量比較麻花鉆的主要參數(shù)及鉆屑痕跡特征。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(1)鉆屑痕跡特征反映。3種品牌的麻花鉆所形成的鉆屑形態(tài)均呈片狀或螺旋卷曲狀，每片鉆屑分為上表面和下表面，兩側(cè)表面均有線條痕跡反映，下表面線條痕跡完整、清晰、連貫，上表面線條痕跡有皺褶現(xiàn)象，線條痕跡反映性差，見圖2、圖3、圖4。

圖2 螺旋卷曲狀鉆屑

圖3 片狀鉆屑

圖4 鉆屑上表面的線條痕跡

(2)不同材質(zhì)的鉆屑痕跡特征存在差異。鉛質(zhì)鉆屑形態(tài)呈不規(guī)則卷曲狀，表面少見完整、清晰、連貫的線條痕跡，無法進(jìn)行線條痕跡比對(duì)檢驗(yàn)，銅質(zhì)鉆屑和鋁質(zhì)鉆屑下表面的線條痕跡反映性好，具備比對(duì)檢驗(yàn)的條件，見圖5、圖6、圖7；同一鉆頭所形成的銅質(zhì)鉆屑、鋁質(zhì)鉆屑展開徑長不同，鋁質(zhì)鉆屑徑長略小，銅質(zhì)鉆屑卷曲程度明顯大于鋁質(zhì)鉆屑，兩種材質(zhì)鉆屑表面的線條痕跡反映性有差異，見圖8、圖9。

圖5 鉆屑下表面的線條痕跡

圖6 鉛質(zhì)鉆屑下表面的線條痕跡

圖7 鋁質(zhì)鉆屑下表面的線條痕跡

圖8 銅質(zhì)鉆屑展開徑長(4.158 mm)

圖9 鋁質(zhì)鉆屑展開徑長(3.128 mm)

(3)不同品牌、不同直徑的麻花鉆規(guī)格參數(shù)及成痕特征存在差異。經(jīng)測(cè)量3種品牌麻花鉆規(guī)格參數(shù)，發(fā)現(xiàn)不同品牌麻花鉆的主要參數(shù)不同，相同品牌不同直徑麻花鉆的參數(shù)也存在差異，比較直徑為10 mm的3種麻花鉆鉆屑痕跡，發(fā)現(xiàn)頂角越大、前刀面面積越大，所形成鉆屑的展開徑長最大，見表1。比較不同直徑的麻花鉆所形成的鉆屑，發(fā)現(xiàn)麻花鉆直徑越大，鉆屑越大，見圖10。

圖10 不同直徑麻花鉆所形成的鉆屑比較

表1 3種品牌麻花鉆規(guī)格參數(shù)測(cè)量表

3 分析討論

3.1 麻花鉆的鉆屑形成過程

鉆頭在切削金屬表面過程中，切削刃對(duì)金屬表面產(chǎn)生切削作用，使得金屬內(nèi)部產(chǎn)生切應(yīng)力，當(dāng)切應(yīng)力達(dá)到了材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，金屬材料組織中的晶格在晶面上剪切滑移，金屬被切離形成鉆屑，并沿螺旋刃槽排出。一般情況下，鉆屑整體呈螺旋卷曲狀，但因金屬材質(zhì)屬性不同，整體形態(tài)也有差異，相同作用力下，塑性較好的金屬材料，鉆屑的螺旋性較好，對(duì)于硬度較差的鉛質(zhì)客體，切削過程中，金屬表面發(fā)生不規(guī)則卷曲形變，無法形成規(guī)則的切劃線條，硬度較大的金屬材料，螺旋性較差，剝離下來的鉆屑呈片狀卷曲。

在整個(gè)切削過程中，切削刃沿著軸向方向做螺旋運(yùn)動(dòng)，主切削刃做圓周運(yùn)動(dòng)，切劃金屬表面形成鉆屑下表面，由于主切削刃對(duì)金屬表面既有切劃作用，又有推擠摩擦作用，特別是單側(cè)的刃平面的推擠作用，使得鉆屑的上表面出現(xiàn)硬化和皺褶現(xiàn)象，影響線條的連貫性和穩(wěn)定性。然而，鉆屑下表面上的線條痕跡連貫，痕跡反映性較上表面好，具有更高的鑒定價(jià)值。

3.2 影響鉆屑痕跡特征的主要因素

(1)主切削刃的種類特征和個(gè)別特征。主切削刃是切削金屬的主要部件，其基本參數(shù)對(duì)鉆屑的形成起著決定性作用，刃部尺寸和角度不同，所形成的鉆屑形狀大小也不一樣，如鉆頭直徑越大，主切削刃刃長越大，頂角越大，前刀面面積越大，切削金屬時(shí)，接觸面積越大，所形成的鉆屑寬度越大，展開徑長越大。刃口的個(gè)別特征決定著鉆屑表面的線條痕跡凸凹形態(tài)的反映性，包括線條痕跡的面積、數(shù)量，單線條的粗細(xì)、間距和位置等。相同正壓力和接觸角度下，主切削刃表面凸凹點(diǎn)的多少和大小分別決定鉆屑表面線條的數(shù)量和單線條的粗細(xì)，凸凹點(diǎn)越多，線條數(shù)量越多，凸凹點(diǎn)越大，單線條越粗。

(2)主切削刃的線速度。切削速度對(duì)鉆屑的影響主要通過切削溫度和積屑瘤來實(shí)現(xiàn)。主切屑刃線速度較小時(shí)，刀屑不易粘結(jié)，摩擦因素較小，切削變形小，出屑順暢，線速度較大時(shí)，溫度升高，粘結(jié)嚴(yán)重，摩擦因素較大，切削變形變大，容易產(chǎn)生積屑瘤，鉆屑螺旋程度高，容易出現(xiàn)斷屑現(xiàn)象，見圖11。

圖11 鉆屑表面上的擠壓層

(3)鉆頭對(duì)金屬表面的正壓力。鉆頭與金屬間的正壓力直接影響到鉆屑表面線條痕跡的細(xì)節(jié)特征反映。鉆頭施以的正壓力越大，主切削刃表面的凸凹點(diǎn)切入數(shù)量越多，且切入深度越大，所形成的線條痕跡數(shù)量越多，間距越小，單線條越粗。鉆頭正壓力大小發(fā)生瞬時(shí)變化時(shí)，會(huì)在鉆屑下表面形成外凸的擠壓層，見圖11。

(4)鉆頭軸線與承痕體間的夾角。一般情況下，鉆頭與承痕體近垂直接觸，鉆頭工作正常，出屑順暢，若是鉆芯與承痕體傾斜接觸，鉆頭兩側(cè)受力不均，容易出現(xiàn)切削刃斷裂，鉆屑不連貫，斷屑較多，表面裂紋較多，影響鉆屑導(dǎo)出。

(5)金屬的材料屬性。金屬的材料屬性對(duì)鉆屑的整體形態(tài)以及表面線條痕跡的反映性都有較大影響。對(duì)于鉆頭而言，切削刃的硬度越大，刃口越不容易產(chǎn)生凸凹點(diǎn)，所形成的鉆屑表面線條痕跡數(shù)量、面積、間距越小，單線條相對(duì)較細(xì)；對(duì)于承痕體而言，金屬塑性越好，硬度越小，所形成的鉆屑螺旋型越好，不容易斷屑，鉆屑表面的線條痕跡反映性越好，見圖12。在相同鉆頭作用下，橫刃附近位置正壓力較集中，摩擦力相對(duì)較大，對(duì)于硬度較小的金屬，所形成鉆屑靠近橫刃區(qū)域容易被剝脫，形成環(huán)形屑，使得展開徑長較小。

圖12 不同金屬材質(zhì)的鉆屑形態(tài)對(duì)比

4 結(jié)論及案例分析

4.1 鉆屑痕跡比對(duì)檢驗(yàn)中需注意的事項(xiàng)

鉆屑痕跡的比對(duì)檢驗(yàn)實(shí)質(zhì)是線形痕跡的比對(duì)，檢驗(yàn)過程中除了應(yīng)該遵循線形痕跡檢驗(yàn)的一般程序外，還需要特別注意以下幾個(gè)方面：

(1)以“下表面”上的線條痕跡檢驗(yàn)為主。鉆屑表面的線形痕跡分布在其上下兩個(gè)表面，在形成鉆屑過程中，由于受到切削刃推擠和摩擦作用，上表面的線條反映性較差，表面有裂紋，比對(duì)條件相對(duì)下表面較差，下表面的線條相對(duì)連貫，凸凹性較好，能夠更好地反映主切削刃的個(gè)別特征，更適合選作比對(duì)檢驗(yàn)。

(2)制作樣本時(shí)不能產(chǎn)生新的特征。鉆頭的材料硬度大、較脆，在工作過程中，容易出現(xiàn)局部斷裂現(xiàn)象，因此，在制作樣本時(shí)，切削刃容易產(chǎn)生新的特征。鉆削操作時(shí)，不能出現(xiàn)“跳鉆”或“擺鉆”，盡量以垂直接觸的方式鉆削，在取鉆時(shí)，應(yīng)該一氣呵成，不能左右“擺鉆”，避免在切削刃上產(chǎn)生新的特征。

(3)線條對(duì)接以弧形對(duì)接為宜。鉆屑表面上的線條呈弧形延續(xù)，為了保證更好的連貫性，在線條對(duì)接時(shí)，應(yīng)該以弧形對(duì)接為宜。比較顯微鏡下固定左側(cè)檢材時(shí)，以稍傾斜方式固定為佳，旋轉(zhuǎn)右側(cè)載物臺(tái)上的樣本時(shí)，上下調(diào)節(jié)樣本影像的同時(shí)，注意旋轉(zhuǎn)角度要適宜。

(4)選擇材質(zhì)相近的材料制作樣本。樣本材質(zhì)的選擇直接關(guān)系到樣本質(zhì)量的高低，在了解檢材的材料屬性后，應(yīng)該盡量選擇與檢材材質(zhì)相近的材料制作樣本。在作用力和角度相接近的情況下，材質(zhì)相近的材料所制作樣本的細(xì)節(jié)特征反映程度與檢材基本接近，比對(duì)效率更高。另外，選擇材質(zhì)相近的材料也可一定程度上避免新增特征的產(chǎn)生。

4.2 案例分析

2012年某月某日，重慶市永川區(qū)某郵政所被盜現(xiàn)金9萬余元，犯罪嫌疑人利用便攜式臺(tái)鉆破壞ATM機(jī)鎖芯實(shí)施盜竊?？辈槿藛T分別在ATM機(jī)西側(cè)地面上和嫌疑對(duì)象書包內(nèi)提取到材質(zhì)相同的金屬鉆屑若干，犯罪嫌疑人矢口否認(rèn)作案事實(shí)，技術(shù)員將兩處鉆屑送至實(shí)驗(yàn)室，要求對(duì)兩處的鉆屑進(jìn)行比對(duì)檢驗(yàn)。檢驗(yàn)人員通過鉆屑上線形痕跡的比對(duì)，準(zhǔn)確認(rèn)定了兩處鉆屑為同一工具所形成，見圖13。隨后，在嫌疑人家中搜出不同規(guī)格的麻花鉆40余根，檢驗(yàn)人員利用“現(xiàn)場鉆屑徑長應(yīng)與主切屑刃長度相接近”原則，分析應(yīng)為10 mm鉆頭所形成，縮小認(rèn)定范圍，快速開展比對(duì)排查檢驗(yàn)。此案中，鉆屑痕跡的同一認(rèn)定為案件的突破及訴訟提供了關(guān)鍵性證據(jù)支撐。

圖13 鉆屑下表面上的線形痕跡比對(duì)照片