CN103737069B - 用于钻削复合材料构件的刀具的设计方法以及其刀具 - Google Patents

Abstract

一种钻削刀具的设计方法，所述刀具至少包括具有预定直径的上级钻头和直径大于预定直径的下级钻头，所述方法包括：根据F_a=2A×10^‑1.089γ(f/2)^0.5G₁计算刀具的轴向钻削力，根据计算材料分层临界推力，根据F_a≤F_T计算刀具参数，其中，所述刀具参数包括刀具主刃外径处的前角γ、刀具的顶角2ε、刀具的横刃宽度2w以及刀具的直径2b、2c；以及根据计算得到的刀具参数来设计刀具。

Description

用于钻削复合材料构件的刀具的设计方法以及其刀具

技术领域

本发明涉及一种用于钻削复合材料构件的刀具的设计方法以及由该方法设计的刀具，尤其涉及一种用于在复合材料构件，尤其在碳纤维增强的复合材料构件上加工孔，尤其加工大直径孔的刀具的设计方法以及由该方法设计的刀具。

背景技术

碳纤维具有十分优异的力学性能和机械性能，与其他材料相比具有较高的比强度和比模量，碳纤维作为复合材料中的增强材料具有高强度高模量和高脆性等特点，而树脂作为基体材料则具有低强度、低模量和韧性好等特点。世界上80年代以后进入服役的战斗机，其机翼、尾翼部件大多采用碳纤维复合材料。在2005年服役的美国空军最新F-22“猛禽”战斗机，复合材料占35％，飞机蒙皮壁板、机翼中间梁、机身隔框、舱门和其他部件等全部采用了碳纤维复合材料。美国的武装直升机RAH-66，垂直起落、倾转旋翼后又可高速巡航的V-22“鱼鹰”，复合材料用量达结构重量的50％。B787机身主体结构采用复合材料，应用比例达到全机重量的50％；A380的尾段、机翼、中央翼盒、压力隔框、垂直安定面和水平安定面等采用复合材料结构，应用比例达到32％；A350复合材料应用与B787类似，应用比例达到52％。C系列飞机的尾段、机翼、中央翼盒、压力隔框、垂尾和平尾等采用复合材料结构，应用比例达到37％。一些轻型飞机的复合材料应用比例更是高达90％以上，甚至出现了全复合材料飞机。复合材料应用的比例已经成为衡量飞机先进性的重要标志之一。

在碳纤维复合材料的广泛应用中，二次机械加工越来越多，尤其是在复合材料零件与其他零部件装配连接时，不可避免要进行大量孔加工。例如一架F-16战斗机有4万个连接孔，一架波音747飞机有300多万个连接孔。制孔成为复合材料零件产品制造过程中工作量最繁重的机械加工工序，美国先进的F-22战斗机在研制过程中将复合材料钻孔作为一项关键技术提出来。复合材料高效制孔是现代飞机制造业最关键技术之一。据报道，国外飞机组装过程中，因钻孔加工缺陷而导致报废的碳纤维复合材料零件数量占全部报废零件的60％以上。我国具有完全自主知识产权的大型客机C919的复合材料用量将达到15～23％，可以说当今先进复合材料结构所占比例的多少，在某种程度上已成为评价飞机性能的重要技术指标。

碳纤维复合材料由于各向异性以及强度高、硬度大、导热性差等特点，使得其在孔加工时造成刀具磨损严重，刀具耐用度低以及孔缺陷严重等现象。

而传统的钻孔工艺已经不能满足大直径孔加工的要求，本发明涉及一种用于复合材料增强复合材料的大直径孔加工专用刀具。由于碳纤维增强复合材料是由质软而粘性大的树脂材料和强度高、硬度大的纤维增强材料混合而成的二相或多相结构，其力学性能呈各向异性，层间接触强度低，切削过程中在切削力的作用下极易产生严重的加工缺陷，一般情况下，在9mm以上大直径孔的复合材料钻削过程中，极容易产生分层和撕裂等，极大地破坏复合材料层合板的强度；大直径孔的加工过程要历经钻扩铰多道工序，生产效率低下。因此复合材料大直径孔加工过程中，如何设计出刀具，使得加工出的孔径精度高，成为要解决的一大难题。

关于碳纤维复合材料孔加工刀具的专利，专利申请号为201310047795.7的专利公开了一种钎焊结构的碳纤维增强复合材料的专用金刚石钻头，特点在于刀体侧壁上开有清屑孔，在刀体的头部连接钻头，钻头带有一组槽口。专利申请号为201220148618.9的专利公开了碳纤维复合材料和钛合金螺旋铣孔专用刀具，特点在于切削头部和颈部为阶梯状，在刀颈的切削头部沿周边均匀设置有四个周边铣齿。专利申请号为201220592135.8的专利公开了一种加工碳纤维增强复合材料与钛合金叠层板的钻头，特点在于钻尖部的钻尖角为三顶角设置。以上专利存在的一个共同点是都没有涉及可以加工大直径孔的刀具，只是强调单一加工方式，无法完成大直径孔的一次性加工。

发明内容

本发明提供一种用于钻削复合材料构件的刀具的设计方法，尤其提供了一种用于在复合材料构件，尤其在碳纤维增强的复合材料构件上加工孔，尤其是大直径孔的刀具的设计方法。

本发明解决了钻削过程中复合材料构件内部的复合材料容易分层的技术问题。克服了复合材料构件尤其是碳纤维增强的复合材料构件的孔(尤其大直径孔)难加工的技术问题，并且提高了加工效率。

本发明还克服了加工孔尤其是大直径孔需要多把刀具的缺点，提供了一种钻削刀具，可以实现一次性地完成整个加工过程，同时达到较好的孔表面质量。为实现这一目的，本发明的技术解决方案是建立钻头钻削力模型，结合钻头分层临界力模型，通过保证钻削力小于临界分层钻削力来实现钻削的参数设计和优化。

根据上述目的，设计了一种用于钻削复合材料构件的刀具的方法，其中，所述刀具至少包括上级钻头和从所述上级钻头连续延伸并且其直径大于所述上级钻头的下级钻头，所述方法被设计成当所述下级钻头开始钻削时轴向钻削力小于或等于材料分层临界推力。具体地，所述方法包括：

-根据F_a=2A×10^-1.089γ(f/2)^0.5G₁计算刀具的轴向钻削力，其中，所述上级钻头的半径被预定，A为常数，γ为预定的刀具主刃外径处的前角，f为预定的刀具的进给率； $G_1={\∫}_{\mathrm{\τ}}^1[1-\frac{w^2{\sin }^2\mathrm{\ϵ}}{2{\mathrm{\ρ}}^{2}R}]R^2\mathrm{\ρd\ρ}=\frac{(1-{\mathrm{\τ}}^2)R^2+w^2{\sin }^2\left(\mathrm{\ϵ}\right)\ln \mathrm{\τ}}{2},$ 其中，ψ为预定的刀具的横刃与水平线的夹角，2ε为预定的刀具的顶角，2w为预定的刀具的横刃宽度，R为待求的下级钻头的半径，D为待求的下级钻头的直径；

-根据 $F_T=\frac{\sqrt{2}\mathrm{\π}}{1-v}{\left[\frac{32G_{\mathrm{IC}}M{\{(1-v)+2(1+v){\mathrm{\κ}}^2\}}^2}{(1+v)\{2(1-v)(1+2v^2)-(12-4v+3v^2+3v^3){\mathrm{\κ}}^2-8(1+3v){\mathrm{\κ}}^2\ln \mathrm{\κ}\}}\right]}^{1/2}$ 计算材料分层临界推力，其中，κ=b/c，在上述关系式中，b表示所述上级钻头的半径，其如前所述被预定，c表示所述下级钻头的半径，其值即为R值，E表示所述复合材料构件的弹性模量，v表示所述复合材料构件的泊松比，h表示所述复合材料构件的未切削层厚度，此处，可以取所述复合材料构件的最后一层铺层的厚度，G_IC表示临界裂纹扩展能，其中，E、v、h和G_IC均为已知量；

-根据F_a≤F_T计算所述下级钻头的半径c。

-根据预定的上级钻头的半径和计算得到的下级钻头的半径c来设计刀具。

根据本发明的另一个方面，公开了一种用于钻削复合材料构件的刀具，其根据前述设计方法得到的。

对于两级钻削刀具而言，所述刀具主体部分包括用于钻孔的钻孔段和从所述钻孔段沿着所述刀具的轴向方向继续延伸的用于扩孔的扩孔段，其中，当进行扩孔时，所述钻孔段被视为上级钻头，所述扩孔段被视为下级钻头。

对于三级钻削刀具而言，所述刀具主体部分包括用于钻孔的钻孔段、从所述钻孔段沿着所述刀具的轴向方向继续延伸的用于扩孔的扩孔段和从所述扩孔段沿着所述刀具的轴向方向继续延伸的用于铰孔的铰孔段，其中，当进行扩孔时，所述钻孔段被视为上级钻头，所述扩孔段被视为下级钻头，当进行铰孔时，所述扩孔段被视为上级钻头，所述铰孔段被视为下级钻头。

对于更多级钻削刀具而言，所述刀具主体部分包括用于钻孔的钻孔段、从所述钻孔段沿着所述刀具的轴向方向继续延伸的用于逐级扩孔的多个扩孔段和从所述扩孔段沿着所述刀具的轴向方向继续延伸的用于铰孔的铰孔段，其中，当进行第一级扩孔时，所述钻孔段被视为上级钻头，所述第一个扩孔段被视为下级钻头，当进行铰孔时，所述最后一个扩孔段被视为上级钻头，所述铰孔段被视为下级钻头，当以中间的扩孔段进行扩孔时，所在扩孔段被视为下级钻头，与所在的扩孔段相邻的上一个扩孔段被视为上级钻头

优选地，所述钻孔段具有麻花钻双刃带结构。

优选地，所述扩孔段具有阶梯式直槽结构。

优选地，所述铰孔段具有螺旋槽铰刀结构。

优选地，所述钻孔段具有前刀面和后刀面，并采用gash角去横刃技术。

附图说明

为了解释本发明，将在下文中参考附图描述其示例性实施方式，附图中：

图1为本发明的设计流程图；

图2(a)为钻头的切削层厚度参数图；

图2(b)为钻头的钻尖几何形貌图；

图3为本发明的一种实施方式的切削实验装置示意图；

图4为图3的局部放大图。

不同图中的相似特征由相似的附图标记指示。

具体实施方式

阶梯钻类钻削刀具可以认为是多级钻头组合而成。在此，这类刀具可以包括两级钻削刀具、三级钻削刀具和更多级钻削刀具。对于两级钻削刀具而言，包括作用在于钻孔的上级钻头以及作用在于扩孔并且直径更大的下级钻头。对于三级钻削工具而言，包括作用在于钻孔并且直径最小的最上级钻头、作用在于铰孔并且直径最大的最下级钻头以及作用在于扩孔并且直径介于前两者之间的中间钻头，其中，该中间钻头对于扩孔而言可以被视为下级钻头，对于铰孔可以被视为上级钻头。对于更多级钻削工具而言，包括作用在于钻孔并且直径最小的最上级钻头、作用在于铰孔并且直径最大的最下级钻头以及作用在于扩孔并且直径介于前两者之间并逐级变大的中间钻头，其中当将以某特定直径扩孔而言，具有该特定直径的中间钻头可以被视为下级钻头，小于该特定直径相邻的中间钻头可以被视为上级钻头。

当裂纹开始扩大时阶梯钻的界推力发生在下级钻头开始钻削时。

参见图1、图2(a)和图2(b)，以钻削刀具对复合材料构件(诸如碳纤维增强的复合材料制成的板材)钻削过程中，钻头切削刃上每一点处的轴向钻削力可以用下式表示。

F_a=2A×10^-1.089γ(f/2)^0.5G₁

其中，A×10^-1.089γ=K_n，A为常数，由刀具几何参数和切削参数所决定，K_n为刀具切削刃上的垂直分力的能量系数，γ为刀具主刃外径处的前角，f为刀具的进给率。其中，γ、f以及刀具的最上级钻头的半径可以被事先预定。

进一步地，在上述公式中， $G_1={\∫}_{\mathrm{\τ}}^1[1-\frac{w^2{\sin }^2\mathrm{\ϵ}}{2{\mathrm{\ρ}}^{2}R}]R^2\mathrm{\ρd\ρ}=\frac{(1-{\mathrm{\τ}}^2)R^2+w^2{\sin }^2\left(\mathrm{\ϵ}\right)1\mathrm{n\τ}}{2},$ 其中ψ为横刃与水平线的夹角，2ε为刀具顶角，2w为刀具的横刃宽度，R为下级钻头的半径，D为下级钻头的直径，其中D=2R。其中，ψ、2ε、2w均被事先预定，R和/或D的值待解。

再进一步地，钻头的轴向钻削力所作的功、应变能以及裂纹扩展能的数学关系可以参见下面的关系式：

$\left\{\begin{array}{cc}{F}_a\&CenterDot;\mathrm{dX}-\mathrm{\&Delta;U}-G_{\mathrm{IC}}\&CenterDot;\mathrm{dA}>0,& \left(1\right)\\ F_a\&CenterDot;\mathrm{dX}-\mathrm{\&Delta;U}-G_{\mathrm{IC}}\&CenterDot;\mathrm{dA}=0,& \left(2\right)\\ F_a\&CenterDot;\mathrm{dX}-\mathrm{\&Delta;U}-G_{\mathrm{IC}}\&CenterDot;\mathrm{dA}<0,& \left(3\right)\end{array}\right.$

关系式(1)可以表示不稳定的分层状态，关系式(2)可以表示临界的分层状态，关系式(3)可以表示未分层状态。更具体地，ΔU表示应变能微分，dA表示分层裂纹面积的增量，G_IC表示模式I中单位面积上的临界裂纹扩展能量，X表示位移。

根据板壳理论和弯曲梁理论，并结合上面临界分层状态时的公式，可以求得临界分层状态时所产生的轴向钻削力，即为临界推力F_T。

$F_T=\frac{\sqrt{2}\mathrm{\&pi;}}{1-v}{\left[\frac{32G_{\mathrm{IC}}M{\{(1-v)+2(1+v){\mathrm{\&kappa;}}^2\}}^2}{(1+v)\{2(1-v)(1+2v^2)-(12-4v+3v^2+3v^3){\mathrm{\&kappa;}}^2-8(1+3v){\mathrm{\&kappa;}}^2\ln \mathrm{\&kappa;}\}}\right]}^{1/2}$

其中，κ=b/c，在上述关系式中，b表示上级钻头的半径，即，已经被预定，c表示与前述的上级钻头相邻的下级钻头的半径，如前所述，其值即为R值，E表示待钻削的复合材料构件的弹性模量，v表示待钻削的复合材料构件的泊松比，h表示复合材料构件的未切削层厚度(这里，可以取复合材料构件的最后一层铺层的厚度)，G_IC表示临界裂纹扩展能。在前述公式中，E、v、h、G_IC均为已知量，c值待解。

普遍认为碳纤维增强的复合材料(CFRP)在钻削加工时存在材料分层临界推力值(F_T)，因此，钻削过程中，为了保证碳纤维增强的复合材料构件内部不产生分层等缺陷，应当保证在钻削过程中钻头施加的钻削轴向力小于材料分层临界推力值。易言之，当钻削轴向力小于或等于材料分层临界推力值(F_a≤F_T)时，钻削过程将不会发生分层损伤现象。

将钻削力模型和临界推力模型代入公式F_a≤F_T中(如下式)，可以求得阶梯钻的刀具几何参数与刀具的材料分层临界推力的关系式，进而能够为刀具几何参数的设计提供依据和指导。

$2A\&times;{10}^{-1.089\mathrm{\&gamma;}}{(f/2)}^{0.5}{G}_1\&le;\frac{\sqrt{2}\mathrm{\&pi;}}{1-v}{\left[\frac{32G_{\mathrm{IC}}M{\{(1-v)+2(1+v){\mathrm{\&kappa;}}^2\}}^2}{(1+v)\{2(1-v)(1+2v^2)-(12-4v+3v^2+3v^3){\mathrm{\&kappa;}}^2-8(1+3v){\mathrm{\&kappa;}}^2\ln \mathrm{\&kappa;}\}}\right]}^{1/2}$

根据上面的不等式，求解出来的c值为一数值范围，通常为了切削效率可以选取最大值。而且，如果被设计的刀具为超过两级的钻削刀具，则可以继续计算下级钻头的半径和/或直径，依次地，计算完毕。

根据本发明的方法可以设计一种用于钻削复合材料构件的刀具，该刀具进行包括钻孔和铰孔的两级钻削操作、或者包括钻孔、扩孔和铰孔的三级钻削操作或者包括钻孔、多级扩孔和铰孔的更多级钻削操作。

为了在复合材料构件，特别是碳纤维增强的复合材料构件(一般为板材)上加工出特定直径的终孔，可以根据前述方法设计刀具。下面的实施例是根据前述方法设计的能够在碳纤维增强的复合材料板材上加工出直径为9.54mm的终孔的刀具。

在如图3和图4所示的实施例中，该钻扩铰三级钻削刀具包括刀具主体部分1和刀柄部分2。

具体地，刀具主体部分1具有钻孔段3、扩孔段4和铰孔段5，钻孔段3具有麻花钻双刃带结构，适合加工碳纤维增强的复合材料构件，扩孔段4具有阶梯式直槽结构，铰孔段5具有螺旋槽铰刀结构。其中，在待要扩孔时，钻孔段3视为上级钻头，扩孔段4视为下级钻头；在待要铰孔时，扩孔段4视为上级钻头，铰孔段5视为下级钻头。

更具体地，钻孔段3具有前刀面和后刀面，并采用gash角去横刃技术，能够大幅度地减小轴向力，减少碳纤维增强的复合材料孔加工时的分层和劈裂等缺陷。

在该实施例中，钻孔段3的麻花钻结构直径被设计为3.26mm，根据F_a=2A×10^-1.089γ(f/2)^0.5G₁计算刀具扩孔段4所产生的轴向钻削力，其中2ε为刀具的顶角取118°；γ为刀具主刃外径处的前角，取25°；f为刀具的进给率取0.02mm/rev；ψ为刀具的横刃与水平线的夹角取50°；2w为刀具的横刃宽度取0.1mm；这样，F_a即为扩刀刀具半径R的函数。另外，据 $F_T=\frac{\sqrt{2}\mathrm{\&pi;}}{1-v}{\left[\frac{32G_{\mathrm{IC}}M{\{(1-v)+2(1+v){\mathrm{\&kappa;}}^2\}}^2}{(1+v)\{2(1-v)(1+2v^2)-(12-4v+3v^2+3v^3){\mathrm{\&kappa;}}^2-8(1+3v){\mathrm{\&kappa;}}^2\ln \mathrm{\&kappa;}\}}\right]}^{1/2}$ 计算材料分层临界推力，其中，κ=b/c，h表示复合材料构件的未切削层厚度(这里，可以取复合材料构件的最后一层铺层的厚度)，在扩孔时b表示所述上级钻头(钻孔段)的半径1.63mm，c表示所述下级钻头(扩孔段)的半径。将上述数值代入F_a≤F_T即可以计算出扩孔段的刀具半径。同理，可以计算得出铰孔段5的铰刀半径。即：扩孔段4的扩铰刀结构直径依次被设计为5.0mm、7.9mm和9.5mm，加工余量依次为1.74mm、2.9mm和1.6mm；铰孔段5的铰刀结构直径为9.54mm(与终孔直径要求相符)，加工佘量为0.04mm。该余量分配和刀具角度的设计满足公式中实际钻削力小于临界分层推力的要求，使得钻削过程中无分层现象。

本发明的刀具采用118°的顶角，18°～28°的螺旋角，可以保证刀具的钻尖强度，提高刀具的使用寿命。刀具主体部分1的钻孔段3钻出孔后，后续的扩孔段4和铰孔段5可以进一步修整碳纤维增强的复合材料产生的毛刺，保证孔的精度和加工质量。

本发明的刀具采用硬质合金基体上CVD涂层技术，提高了刀具的使用寿命，涂层厚度为1μm～3μm。

本实施例的三级钻削刀具采用一次钻扩铰，不用换刀，将本来四五把刀具可以完成的工作量集中在一把刀具上，大大减少了工作量，很大程度的提供了加工效率。

前述实施例的刀具可以加工出直径为9.54mm的终孔并能得到较好的孔加工质量，由于该刀具可以一次性完成大直径孔的加工，可以大大提高大飞机制孔时的生产效率。

根据本发明的方法设计的刀具由于结合了数学模型的分析，将临界推力模型引入刀具的设计中，使得孔加工过程中产生的轴向力小于产生分层的临界推力，从而大大减小了碳纤维增强的复合材料孔加工时的缺陷，改善了孔的加工质量。

上述刀具适用于加工复合材料，特别是碳纤维增强复合材料的板材，当钻孔段加工参数为n=6000rpm，f＝0.006mm/rev，扩孔段加工参数为n=800rpm，f＝0.02mm/rev，铰孔段加工参数为n=500rpm，f＝0.02mm/rev时，加工孔的表面粗糙度Ra<3.2μm，孔出入口的表面形貌基本无缺陷，且超声波扫描显微镜检测结果纤维出口处无分层发生。

本发明不以任何方式限制于在说明书和附图中呈现的示例性实施方式。示出以及描述的实施方式(的部分)的所有组合明确地理解为并入该说明书之内并且明确地理解为落入本发明的范围内。而且，在如权利要求书概括的本发明的范围内，很多变形是可能的。此外，不应该将权利要求书中的任何参考标记构造为限制本发明的范围。

Claims (9)

1.一种用于钻削复合材料构件的刀具的设计方法，所述刀具至少包括上级钻头和从所述上级钻头连续延伸并且其直径大于所述上级钻头的下级钻头，所述设计方法被设计成当所述下级钻头开始钻削时钻削轴向力小于或等于材料分层临界推力，所述方法包括：

-根据F_a＝2A×10^-1.089γ(f/2)^0.5G₁计算刀具的轴向钻削力，其中，所述上级钻头的半径被预定，其中，A×10^-1.089γ＝K_n，A为常数，由刀具几何参数和切削参数所决定，K_n为刀具切削刃上的垂直分力的能量系数，γ为预定的刀具主刃外径处的前角，f为预定的刀具的进给率；其中，ψ为预定的刀具的横刃与水平线的夹角，2ε为预定的刀具的顶角，2w为预定的刀具的横刃宽度，R为待求的下级钻头的半径，D为待求的下级钻头的直径；

-根据计算材料分层临界推力，其中，κ＝b/c，在上述关系式中，b表示所述上级钻头的半径，其如前所述被预定，c表示所述下级钻头的半径，其值即为R值，E表示所述复合材料构件的弹性模量，v表示所述复合材料构件的泊松比，h表示所述复合材料构件的未切削层厚度，G_IC表示临界裂纹扩展能，其中，E、v、h和G_IC均为已知量；

-根据F_a≤F_T计算所述下级钻头的半径c；以及

-根据预定的上级钻头的半径和计算得到的下级钻头的半径c来设计刀具。

2.一种用于钻削复合材料构件的刀具，其根据如权利要求1所述的设计方法得到的，其包括刀具主体部分和刀柄部分。

3.根据权利要求2所述的刀具，其特征在于，所述刀具主体部分包括用于钻孔的钻孔段和从所述钻孔段沿着所述刀具的轴向方向继续延伸的用于扩孔的扩孔段，其中，当进行扩孔时，所述钻孔段被视为上级钻头，所述扩孔段被视为下级钻头。

4.根据权利要求2所述的刀具，其特征在于，所述刀具主体部分包括用于钻孔的钻孔段、从所述钻孔段沿着所述刀具的轴向方向继续延伸的用于扩孔的扩孔段和从所述扩孔段沿着所述刀具的轴向方向继续延伸的用于铰孔的铰孔段，其中，当进行扩孔时，所述钻孔段被视为上级钻头，所述扩孔段被视为下级钻头，当进行铰孔时，所述扩孔段被视为上级钻头，所述铰孔段被视为下级钻头。

5.根据权利要求2所述的刀具，其特征在于，所述刀具主体部分包括用于钻孔的钻孔段、从所述钻孔段沿着所述刀具的轴向方向继续延伸的用于逐级扩孔的多个扩孔段和从所述扩孔段沿着所述刀具的轴向方向继续延伸的用于铰孔的铰孔段，其中，当进行第一级扩孔时，所述钻孔段被视为上级钻头，所述第一个扩孔段被视为下级钻头，当进行铰孔时，所述最后一个扩孔段被视为上级钻头，所述铰孔段被视为下级钻头，当以中间的扩孔段进行扩孔时，所在扩孔段被视为下级钻头，与所在的扩孔段相邻的上一个扩孔段被视为上级钻头。

6.根据权利要求4或5所述的刀具，其特征在于，所述钻孔段具有麻花钻双刃带结构。

7.根据权利要求4或5所述的刀具，其特征在于，所述扩孔段具有阶梯式直槽结构。

8.根据权利要求4或5所述的刀具，其特征在于，所述铰孔段具有螺旋槽铰刀结构。

9.根据权利要求6所述的刀具，其特征在于，所述钻孔段具有前刀面和后刀面，并采用gash角去横刃技术。