Från och med september kommer tre- och fyraåringar i England att ha rätt till 30 lediga vårdtimmar per vecka i terminstid.
Men en undersökning av förskoleundervisningsalliansen tyder på att många kommer att kämpa för att erbjuda de 30 timmarna, eftersom finansieringen inte kommer att täcka deras kostnader.
Ministrarna säger att barnomsorg till ett överkomligt pris står i centrum för deras dagordning.
PSLA VD Neil Leitch sa att planen kunde tvinga plantskolor att stänga
Av de 1 332 barnomsorgsleverantörer som tillfrågades förra månaden var det bara 44,2 % som sade att de definitivt planerade att leverera de 30 timmarna, jämfört med 95,2 % som sade att de tillhandahöll de 15 timmar som för närvarande finansieras av regeringen, medan mer än en tredjedel (36,5%) var osäkra på om de skulle erbjuda det.
Nästan en femtedel (19,3 %) sade att de inte skulle införa det och mer än hälften av dem (58 %) sade att det berodde på att finansieringen inte var tillräckligt hög.
Omkring två femtedelar av daghem och barnskötare sade att de skulle behöva sätta restriktioner på de dagar och tider då familjer kan ta sin lediga tid.
Av plantskoleägare som förväntar sig att göra en förlust enligt systemet, mer än hälften sade att de skulle behöva höja avgifterna för eventuella ytterligare timmar.
Mer än en tredjedel (37,2 %) uppgav att de skulle höja avgifterna för barn i andra åldrar och nästan hälften (47,9%) skulle ta ut för varor och tjänster som de tidigare tillhandahållit gratis.
Mer än hälften (59,7%) sade att de var övertygade om att de skulle ha kapacitet att möta efterfrågan på platser enligt 30-timmarserbjudandet, medan 40,4% sade att de inte var det.
Neil Leitch, chef för PSLA, sade: " Löftet om 30 timmars gratis barnomsorg var en viktig del av det konservativa partiets manifest inför valet och ändå visar dessa resultat att om regeringen inte tar itu med sektorns finansieringsproblem, löper den stor risk att bryta det löftet.
"Med så få leverantörer som för närvarande åtar sig att leverera 30 timmar och så många tvingas överväga att begränsa platser, höja avgifter eller införa extra avgifter för att förbli hållbara om de verkligen erbjuder det, många föräldrar förväntar sig lätt tillgång till en "fri" 30 timmar plats i september kommer sannolikt att bli besvikna.
"Faktum är att 30-timmarserbjudandet inte kan lyckas utan tillräckliga investeringar. Varken föräldrar eller leverantörer bör förväntas betala för ett löfte som regeringen valt att ge."
En avdelning för utbildning taleskvinna sade att till 2020 regeringen skulle investera "en rekord 6 miljarder pund per år... i barnomsorgsstöd och införa en rättvisare tidig år finansiering formel som kommer att se den stora majoriteten av leverantörer får ökad finansieringsgrad för att hjälpa till att leverera våra 30 timmars gratis erbjudande".
Taleskvinnan tillade att piloter av programmet redan var framgångsrikt igång på ett antal områden, med mer på grund av lanseringen denna månad.
"Vi ger också vägledning, verktyg och stöd för leverantörer för att hjälpa barnomsorgspersonal driva sina företag mer effektivt", sade hon.
Föräldrar kan ställas inför högre avgifter och extra avgifter när regeringen rullar ut en plan för att fördubbla antalet gratis barnomsorg timmar, varnar leverantörer.